2.7　SMT元器件

SMT是指表面安裝技術，已經在很多領域取代了傳統的通孔安裝THT技術，并且這種趨勢還在發展，未來電子組裝行業里90％以上產品將采用SMT技術。

2.7.1　SMT（貼片）元器件的特點

表面安裝元器件也稱作貼片式元器件或片狀元器件，它有4個顯著的特點：

（1）SMT的尺寸很小，重量輕，在SMT元器件的電極上，有些焊端沒有引線，有些只有非常短小的引線，相鄰電極之間的距離比傳統的雙列直插式集成電路的引線間距（2.54mm）小很多，目前引腳中心間距最小的已經達到0.3mm。可節省引線所占的安裝空間，組裝時還可雙面貼裝，大大提高了安裝密度，有利于電子產品的小型化、薄型化和輕量化。

（2）由于SMT沒有引線或引線很短，寄生電感和分布電容很小，可以獲得更好的頻率特性和更強的抗干擾能力。SMT元器件直接貼裝在印制電路板的表面，將電極焊接在與元器件同一面的焊盤上。避免了因引腳彎曲成形而造成的損傷及損壞，提高了產品的結實、耐振、耐沖擊程度，使產品的可靠性大幅提高。

（3）在集成度相同的情況下，SMT元器件的體積比傳統的元器件小很多；印制電路板上的通孔只起到電路連通導線的作用，通孔的周圍沒有焊盤，使印制電路板的布線密度大大提高。與同樣體積的傳統電路比較，SMT元器件的集成度提高了很多倍。

（4）表面安裝元器件最重要的特點是小型化和標準化。已經制定了統一標準，對片狀元器件的外形尺寸、結構與電極形狀等都做出了規定，這對于表面安裝技術的發展無疑具有重要的意義。目前，SMT的自動化表面組裝設備已非常成熟，使用非常廣泛，大大縮短了裝配時間，而且裝配精度、產品合格率高，節省了勞動成本，提高了經濟效益。

2.7.2　SMT元器件的種類

SMT元器件的分類方法有多種，一般可從結構形狀上和功能上分。從結構形狀上分有薄片矩形、圓柱形、扁平異形等，從功能上分有無源元器件、有源元器件和機電元器件三大類，如表2-18所示。

續表

2.7.3　無源元器件（SMC）及外形尺寸

SMC包括片狀電阻器、電容器、電感器、濾波器和陶瓷振蕩器等。如圖2-53所示，SMC的典型形狀是一個長方體，也有一部分SMC采用圓柱體的形狀，還有一些元器件由于矩形化比較困難，是異形SMC。

1.SMC的外形尺寸

SMC元器件按封閉外形，可分為片狀和圓柱狀兩種，典型SMC系列的外形如圖2-53所示。長方體SMC是根據其外形尺寸的大小劃分為幾個系列型號，現有兩種表示方法，歐美產品大多采用英制系列，日本產品大多采用米制系列，我國還沒有統一標準，兩種系列都可以使用。無論哪種系列，系列型號的前兩位數字表示元器件的長度，后兩位數字表示元器件的寬度。例如，米制系列3216（英制1206）的矩形貼片元器件，長L=3.2mm（0.12in），寬W=1.6mm（0.06in）。典型SMC系列的外形尺寸見表2-19。

2.特性參數的表示方法

SMC的元器件種類用型號加后綴的方法表示，例如，3216C是3216系列的電容器，2012R表示2012系列的電阻器。

1608、1005、0603系列SMC元器件的表面積太小，難以用手工裝配焊接，所以元器件表面不印制它的標稱數值（參數印在紙編帶的盤上）；3216、2012系列片狀SMC的標稱數值一般用印在元器件表面上的三位數字表示：前兩位數字是有效數字，第三位是倍率乘數。例如，電阻器上印有104，表示阻值100kΩ；表面印有5R6，表示阻值5.6Ω；表面印有R39Ω，表示阻值0.39Ω。電容器上印有103，表示電容量是10000pF，即0.01μF。圓柱形電阻器用色環表示阻值的大小。

雖然SMC的體積很小，但它的數值范圍和精度并不差。以SMC電阻器為例，3216系列的阻值范圍是0.39Ω～10MΩ，額定功率可達到1/4W，允許誤差有±1％、±2％、±5％和±10％四個系列，額定工作溫度上限是70℃。常用典型SMC電阻器的主要技術參數如表2-19所示。

3.SMC的規格型號表示方法

目前，我國尚未對SMT元器件的規格型號表示方法制定標準，因生廠商而不同。下面各用一種貼片電阻器和貼片電容器舉例說明。

例如：1/8W、470Ω、±5％的玻璃釉電阻器。

又如：1000PF、±5％、50V的瓷介電容器。

4.SMC的焊端結構

無引線片狀元器件SMC的電極焊端一般由三層金屬構成，如圖2-54所示。焊端的內部電極通常采用厚膜技術制作的鈀銀合金電極，中間電極是鍍在內部電極上的鎳阻擋層，外部電極是鉛錫合金。中間電極的作用是避免在高溫焊接時焊料中的鉛和銀發生置換反應而導致厚膜電極“脫帽”，造成虛焊或脫焊。鎳的耐熱性和穩定性好，對鈀銀電極起到了阻擋層的作用；但鎳的可焊接性較差，鍍鉛合金的外部電極可以提高可焊接性。

5.包裝形式

片狀元器件可以用3種包裝形式提供給用戶：散裝、管狀料斗和盤狀紙編帶。SMC的阻容元器件一般用盤狀紙編帶包裝，便于自動化裝配設備使用。

2.7.4　SMD分立器件

SMD分立器件包括各種分立半導體器件，有二極管、晶體管、場效應管、集成電路等。為了便于自動化安裝設備拾取，電極引腳數目較少的SMD分立器件一般采用盤狀紙帶包裝。

1.SMD分立器件的外形和封裝

典型SMD分立器件的電極引腳數為2～6個。SMD分立器件有二極管、晶體管、場效應管及各種半導體分立器件。其外形和封裝如圖2-55所示。

2.二極管

SMD二極管根據封裝方式可分為無引線柱形玻璃封裝二極管和塑料封裝二極管。無引線柱形玻璃封裝二極管是將管芯封裝在細玻璃管內，兩端以金屬帽為電極。通常用于穩壓、開關和通用二極管，功率一般為0.5～1W。塑封二極管是用塑料封裝管芯，有兩根翼形短引線，一般做成矩形狀，額定電流150mA～1A，耐壓50～400V。

3.晶體管

晶體管一般采用帶有翼形短引線的塑料封裝（SOT），可分為SOT23、SOT89、SOT143幾種尺寸結構。產品有小功率晶體管、大功率晶體管、場效應晶體管和高頻晶體管幾個系列。小功率晶體管額定功率為100～300mW，電流為10～700mA；大功率管額定功率為300mW～2W，由于各廠商產品的電極引出方式不同，在選用時必須查閱生產廠使用手冊資料。

2.7.5　SMD集成電路

1.SMD集成電路封裝

由于工藝技術的發展和進步，SMD集成電路與傳統THT集成電路的雙列直插（DIP）、單列直插（SIP）式集成電路不同，其電氣性能指標比THT集成電路更好，封裝形式也發生了巨大變化，常見SMD集成電路封裝的外形如圖2-56所示。

（1）SO封裝。引腳比較少的小規模集成電路大多采用這種小型封裝。SO封裝可以細分，其中芯片寬度小于0.15in、電極引腳數目少于18腳的，叫作SOP封裝，如圖2-56（a）所示；芯片寬度為0.25in、電極引腳數目在20～44以上的叫作SOL封裝，如圖2-56（b）所示；SOP封裝中采用薄形封裝的叫作TSOP封裝。SO封裝的引腳采用翼形電極，引腳間距有1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm。

（2）QFP封裝。矩形四邊都有電極引腳的SMD集成電路叫作QFP封裝，其中四角有突出（角耳）的芯片稱PQFP封裝，薄形QFP封裝稱為TQFP封裝。QFP封裝也采用翼形的電極引腳形狀，如圖2-56（c）所示。QFP封裝的芯片一般都是大規模集成電路，電極引腳數目最少的有20腳，最多可達300腳以上，引腳間距最小的是0.4mm（最小極限是0.3mm），最大的是1.27mm。

（3）LCCC封裝：這是SMD集成電路中沒有引腳的一種封裝，芯片被封裝在陶瓷載體上，無引線的電極焊端排列在封裝底面上的四邊，電極數目為18～156個，間距1.27mm，其外形如圖2-56（d）所示。

（4）PLCC封裝。PLCC也是矩形封裝，它與LCCC封裝的區別是引腳向內鉤回，叫作鉤形（J形）電極，電極引腳數目為16～84個，間距為1.27mm，其外形如圖2-56（e）所示。PLCC封裝的集成電路大多是可編程的存儲器，芯片可以安裝在專用的插座上，容易取下來對它改寫其中的數據，PLCC芯片也可以直接焊接在電路板上，但用手工焊接比較困難。

（5）BGA封裝：BGA封裝如圖2-56（f）所示，是大規模集成電路常采用的一種封裝方式。BGA封裝是將原來PLCC/QFP封裝的J形或翼形引腳，改變成球形引腳，把從器件本體四周“單線性”順序引出的電極，改變為從集成電路底面之下“全平面”式的柵格陣列排列。這樣，即可以擴大引腳間距，又能夠增加引腳數目。焊球間距通常為1.5mm、1.27mm、1.0mm三種；而MBGA芯片的時球間距有0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm和0.3mm等。BGA方式能夠顯著地縮小芯片的封裝表面積，相同功能的大規模集成電路，BGA封裝的尺寸比QFP的封裝要小得多，有利于在PCB上提高裝配的密度。隨著BGA方式的應用，BGA品種也在迅速多樣化，目前已經有很多種形式，如陶瓷BGA（CBGA）、塑料BGA（PBGA）、載帶BGA（TBGA）、陶瓷柱BGA（CBGA）、中空金屬BGA（MBGA）以及柔性BGA等。

圖2-57所示為幾種典型的BGA結構。其中，圖2-57（a）是PBGA，圖2-57（b）是柔性微型BGA（μBGA），圖2-57（c）是管芯上置的載帶TBGA，圖2-57（d）是管芯下置的載帶TBGA，圖2-57（e）是陶瓷CBGA，圖2-57（f）是一種BGA的外觀照片。

2.SMD的引腳形狀

表面安裝器件SMD的I/O電極有兩種形式，無引腳和有引腳。無引腳形式有陶瓷芯片載體封裝（LCCC），這種器件貼裝后，芯片底面上的電極焊端與印制電路板上的焊盤直接連接，可靠性較高。有引腳器件貼裝后的可靠性與引腳的形狀有關。所以，引腳的形狀比較重要。占主導地位的引腳形狀有翼形、鉤形和球形3種，如圖2-58所示。

（1）翼形引腳。翼形引腳如圖2-58（a）所示，主要特點是符合引腳薄而窄以及小間距的發展趨勢，可采用包括熱阻焊在內各種焊接工藝來進行焊接，但在運輸和裝卸過程中容易損壞引腳。翼形引腳用于SOT/SOP/QFP封裝。

（2）鉤形引腳。鉤形引腳如圖2-58（b）所示，主要特點是空間利用率比翼形引腳高，它可以用于除熱阻焊外的大部分再流焊進行焊接，比翼形引腳堅固。鉤形引腳用于SOJ/PLCC封裝。

（3）球形引腳：球形引腳如圖2-58（c）所示，球形引腳用于BGA/CSP/FIipChip封裝。

2.7.6　SMT元器件的選用及使用注意事項

1.使用SMT元器件的注意事項

（1）表面組裝元器件存放。表面組裝元器件的存放環境條件為庫存環境溫度<40℃，生產現場溫度<30℃，濕度<RH60％；庫存及使用環境中不得有影響焊接性能的硫、氯、酸等有毒氣體；存放和使用要滿足SMT元器件對防靜電的要求；從生產日期算起，存放時間不超過兩年，用戶購買后的庫存時間一般不超過一年，假如是自然環境比較潮濕，購入SMT元器件以后應在3個月內使用。

（2）有防潮要求的SMT元器件，開封后72小時內必須使用完畢，最長也不要超過一周。如果不能用完，應存放在RH20％的干燥箱內，已受潮的SMT元器件要按規定進行去潮烘干處理。

（3）在運輸、分料、檢驗或手工貼裝時，假如工作人員需要拿取SMT元器件，應該佩帶防靜電腕帶，盡量使用吸筆操作，并特別注重避免碰傷SOP、QFP等器件的引腳，預防引腳翹曲變形。

2.SMT元器件的選用

選用表面安裝元器件，應該根據系統和電路的要求，綜合考慮市場供應商所能提供的規格、性能和價格等因素。主要從元器件類型和包裝形式兩方面考慮。

（1）SMT元器件類型的選擇。選擇元器件時要注意貼片機的精度，考慮封裝方式和引腳結構，機電元器件最好選用有引腳的結構。

（2）SMT元器件包裝選擇。SMC/SMD元器件廠商向用戶提供的包裝形式有散裝、盤狀編帶、管裝和托盤，后3種包裝的形式如圖2-59所示。

①散裝。無引線且無極性SMC元器件可以散裝，例如一般矩形、圓柱形電阻器和電容器等。散裝的元器件成本低，但不利于自動化設備拾取和貼裝。

②盤狀編帶包裝。編帶適用于除大尺寸QFP、PLCC、LCCC芯片以外的其他元器件，如圖2-59（a）所示。SMT元器件的包裝編帶有紙帶和塑料帶兩種。紙編帶主要用于包裝片狀電阻器、片狀電容器、圓柱狀二極管、SOT晶體管。紙帶一般寬8mm，包裝元器件以后盤繞在塑料架上。塑料編帶元器件種類很多，各種無引線元器件、復合元器件、異形元器件、SOT晶體管、引腳少的SOP/QFP集成電路等。紙編帶和塑料編帶的一邊有一排定位孔，用于貼片機在拾取元器件時引導紙帶前進并定位。定位孔的孔距為4mm（元器件小于0402系列的編帶孔距為2mm）在編帶上的元器件間距依元器件的長度而定，一般取4mm的倍數。

③管式包裝。如圖2-59（b）所示，管式包裝主要用于SOP、SOJ、PLCC集成電路、PLCC插座和異形元器件等，從整機產品的生產類型看，管式包裝適合于品種多、批量小的產品。

④托盤包裝。如圖2-59（c）所示，托盤包裝主要用于QFP、窄間距SOP、PLCC、BGA集成電路等器件。