В общем, термин SMD (от англ. Surface Mounted Device) можно отнести к любому малогабаритному электронному компоненту, предназначенному для монтажа на поверхность платы по технологии SMT (технология поверхностного монтажа).
SMT технология (от англ. Surface Mount Technology ) была разработана с целью удешевления производства, повышению эффективности изготовления печатных плат с использованием более мелких электронных компонентов: резисторов, конденсаторов, транзисторов и т. д. Сегодня рассмотрим один из таких – SMD резистор.
SMD резисторы
SMD резисторы – это миниатюрные , предназначенные для поверхностного монтажа. SMD резисторы значительно меньше, чем их традиционный аналог. Они часто бывают квадратной, прямоугольной или овальной формы, с очень низким профилем.
Вместо проволочных выводов обычных резисторов, которые вставляются в отверстия печатной платы, у SMD резисторов имеются небольшие контакты, которые припаяны к поверхности корпуса резистора. Это избавляет от необходимости делать отверстия в печатной плате, и тем самым позволяет более эффективно использовать всю ее поверхность.
Типоразмеры SMD резисторов
В основном термин типоразмер включает в себя размер, форму и конфигурацию выводов (тип корпуса) какого-либо электронного компонента. Например, конфигурация обычной микросхемы, которая имеет плоский корпус с двусторонним расположением выводов (перпендикулярно плоскости основания), называется DIP.
Типоразмер SMD резисторов стандартизированы, и большинство производителей используют стандарт JEDEC. Размер SMD резисторов обозначается числовым кодом, например, 0603. Код содержит в себе информацию о длине и ширине резистора. Таким образом, в нашем примере код 0603 (в дюймах) длина корпуса составляет 0,060 дюйма, шириной 0,030 дюйма.
Такой же типоразмер резистора в метрической системе будет иметь код 1608 (в миллиметрах), соответственно длина равна 1,6 мм, ширина 0,8мм. Чтобы перевести размеры в миллиметры, достаточно размер в дюймах перемножить на 2,54.
Размеры SMD резисторов и их мощность
Размер резистора SMD зависит главным образом от необходимой мощности рассеивания. В следующей таблице перечислены размеры и технические характеристики наиболее часто используемых SMD резисторов.
Маркировка SMD резисторов
Из-за малого размера SMD резисторов, на них практически невозможно нанести традиционную цветовую маркировку резисторов.
В связи с этим был разработан особый способ маркировки. Наиболее часто встречающаяся маркировка содержит три или четыре цифры, либо две цифры и букву, имеющая название EIA-96.
Маркировка с 3 и 4 цифрами
В этой системе первые две или три цифры обозначают численное значение сопротивления резистора, а последняя цифра показатель множителя. Эта последняя цифра указывает степень, в которую необходимо возвести 10, чтобы получить окончательный множитель.
Еще несколько примеров определения сопротивлений в рамках данной системы:
- 450 = 45 х 10 0 равно 45 Ом
- 273 = 27 х 10 3 равно 27000 Ом (27 кОм)
- 7992 = 799 х 10 2 равно 79900 Ом (79,9 кОм)
- 1733 = 173 х 10 3 равно 173000 Ом (173 кОм)
Буква “R” используется для указания положения десятичной точки для значений сопротивления ниже 10 Ом. Таким образом, 0R5 = 0,5 Ом и 0R01 = 0,01 Ом.
SMD резисторы повышенной точности (прецизионные) в сочетании с малыми размерами, создали необходимость в новой, более компактной маркировке. В связи с этим был создан стандарт EIA-96. Данный стандарт предназначен для резисторов с допуском по сопротивлению в 1%.
Эта система маркировки состоит из трех элементов: две цифры указывают код , а следующая за ними буква определяет множитель. Две цифры представляют собой код, который дает трехзначное число сопротивления (см. табл.)
Например, код 04 означает 107 Ом, а 60 соответствует 412 Ом. Множитель дает конечное значение резистора, например:
- 01А = 100 Ом ±1%
- 38С = 24300 Ом ±1%
- 92Z = 0.887 Ом ±1%
Онлайн калькулятор SMD резисторов
Этот калькулятор поможет вам найти величину сопротивления SMD резисторов. Просто введите код, написанный на резисторе и его сопротивление отразится внизу.
Калькулятор может быть использован для определения сопротивления SMD резисторов, которые маркированы 3 или 4 цифрами, а так же по стандарту EIA-96 (2 цифры + буква).
Хотя мы сделали все возможное, чтобы проверить функцию данного калькулятора, мы не можем гарантировать, что он вычисляет правильные значения для всех резисторов, поскольку иногда производители могут использовать свои пользовательские коды.
Поэтому чтобы быть абсолютно уверенным в значении сопротивления, лучше всего дополнительно измерить сопротивление с помощью мультиметра.
В наш бурный век электроники главными преимуществами электронного изделия являются малые габариты, надежность, удобство монтажа и демонтажа (разборка оборудования), малое потребление энергии а также удобное юзабилити (от английского – удобство использования). Все эти преимущества ну никак не возможны без технологии поверхностного монтажа – SMT технологии (S urface M ount T echnology ), и конечно же, без SMD компонентов.
Что такое SMD компоненты
SMD компоненты используются абсолютно во всей современной электронике. SMD (S urface M ounted D evice ), что в переводе с английского – “прибор, монтируемый на поверхность”. В нашем случае поверхностью является печатная плата, без сквозных отверстий под радиоэлементы:
В этом случае SMD компоненты не вставляются в отверстия плат. Они запаиваются на контактные дорожки, которые расположены прямо на поверхности печатной платы. На фото ниже контактные площадки оловянного цвета на плате мобильного телефона, на котором раньше были SMD компоненты.
Плюсы SMD компонентов
Самыми большим плюсом SMD компонентов являются их маленькие габариты. На фото ниже простые резисторы и :
Благодаря малым габаритам SMD компонентов, у разработчиков появляется возможность размещать большее количество компонентов на единицу площади, чем простых выводных радиоэлементов. Следовательно, возрастает плотность монтажа и в результате этого уменьшаются габариты электронных устройств. Так как вес SMD компонента в разы легче, чем вес того же самого простого выводного радиоэлемента, то и масса радиоаппаратуры будет также во много раз легче.
SMD компоненты намного проще выпаивать. Для этого нам потребуется с феном. Как выпаивать и запаивать SMD компоненты, можете прочитать в статье как правильно паять SMD . Запаивать их намного труднее. На заводах их располагают на печатной плате специальные роботы. Вручную на производстве их никто не запаивает, кроме радиолюбителей и ремонтников радиоаппаратуры.
Многослойные платы
Так как в аппаратуре с SMD компонентами очень плотный монтаж, то и дорожек в плате должно быть больше. Не все дорожки влезают на одну поверхность, поэтому печатные платы делают многослойными. Если аппаратура сложная и имеет очень много SMD компонентов, то и в плате будет больше слоев. Это как многослойный торт из коржей. Печатные дорожки, связывающие SMD компоненты, находятся прямо внутри платы и их никак нельзя увидеть. Пример многослойных плат – это платы мобильных телефонов, платы компьютеров или ноутбуков (материнская плата, видеокарта, оперативная память и тд).
На фото ниже синяя плата – Iphone 3g, зеленая плата – материнская плата компьютера.
Все ремонтники радиоаппаратуры знают, что если перегреть многослойную плату, то она вздувается пузырем. При этом межслойные связи рвутся и плата приходит в негодность. Поэтому, главным козырем при замене SMD компонентов является правильно подобранная температура.
На некоторых платах используют обе стороны печатной платы, при этом плотность монтажа, как вы поняли, повышается вдвое. Это еще один плюс SMT технологии. Ах да, стоит учесть еще и тот фактор, что материала для производства SMD компонентов уходит в разы меньше, а себестоимость их при серийном производстве в миллионах штук обходится, в прямом смысле, в копейки.
Основные виды SMD компонентов
Давайте рассмотрим основные SMD элементы, используемые в наших современных устройствах. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности с малым номиналом, и другие компоненты выглядят как обычные маленькие прямоугольники, а точнее, параллелепипеды))
На платах без схемы невозможно узнать, то ли это резистор, то ли конденсатор то ли вообще катушка. Китайцы метят как хотят. На крупных SMD элементах все-таки ставят код или цифры, чтобы определить их принадлежность и номинал. На фото ниже в красном прямоугольнике помечены эти элементы. Без схемы невозможно сказать, к какому типу радиоэлементов они относятся, а также их номинал.
Типоразмеры SMD компонентов могут быть разные. Вот есть описание типоразмеров для резисторов и конденсаторов. Вот, например, прямоугольный SMD конденсатор желтого цвета. Еще их называют танталовыми или просто танталами:
А вот так выглядят SMD :
Есть еще и такие виды SMD транзисторов:
Которые обладают большим номиналом, в SMD исполнении выглядят вот так:
Ну и конечно, как же без микросхем в наш век микроэлектроники! Существует очень много SMD типов корпусов микросхем , но я их делю в основном на две группы:
1) Микросхемы, у которых выводы параллельны печатной плате и находятся с двух сторон или по периметру.
2) Микросхемы, у которых выводы находятся под самой микросхемой. Это особый класс микросхем, называется BGA (от английского Ball grid array – массив из шариков). Выводы таких микросхем представляют из себя простые припойные шарики одинаковой величины.
На фото ниже BGA микросхема и обратная ее сторона, состоящая из шариковых выводов.
Микросхемы BGA удобны производителям тем, что они очень сильно экономят место на печатной плате, потому что таких шариков под какой-нибудь микросхемой BGA могут быть тысячи. Это значительно облегчает жизнь производителям, но нисколько не облегчает жизнь ремонтникам.
Резюме
Что же все-таки использовать в своих конструкциях? Если у вас не дрожат руки, и вы хотите сделать, маленького радиожучка, то выбор очевиден. Но все-таки в радиолюбительских конструкциях габариты особо не играют большой роли, да и паять массивные радиоэлементы намного проще и удобнее. Некоторые радиолюбители используют и то и другое. Каждый день разрабатываются все новые и новые микросхемы и SMD компоненты. Меньше, тоньше, надежнее. Будущее, однозначно, за микроэлектроникой.
Резистор – это элемент, обладающий каким-либо сопротивлением, применяется в электронике и электротехнике для ограничения тока или получения необходимых напряжений (например, использование резистивного делителя). SMD-резисторы – это резисторы для поверхностного монтажа, иначе говоря – монтажа на поверхность печатной платы.
Основные характеристики для резисторов – это номинальное сопротивление, измеряется в Омах и зависит от толщины, длины и материалов резистивного слоя, а также рассеиваемая мощность.
Электронные компоненты для поверхностного монтажа отличаются малыми габаритами за счет того, что у них либо отсутствуют выводы для подключения в классическом понимании. У элементов для объемного монтажа есть длинные выводы.
Ранее при сборке РЭА ими соединяли компоненты цепи между собой (навесной монтаж) или продевали их через печатную плату в соответствующие отверстия. Конструктивно выводы или контакты у них выполнены в вид металлизированных площадок на корпусе элементов. В случае же микросхем и транзисторов поверхностного монтажа у элементов присутствуют короткие жесткие «ножки».
Одной из основных характеристик SMD-резисторов является и типоразмер. Это величина длины и ширины корпуса, по этим параметрам подбирают элементы, соответствующие разводке платы. Обычно размеры в документации пишутся сокращенно четырёхзначным числом, где первые две цифры указывают длину элемента в мм, а вторая пара символов – ширину в мм. Однако, фактически, размеры могут отличаться от маркировки в зависимости от типов и серии элементов.
Типовые размеры SMD-резисторов и их параметры
Рисунок 1 - обозначения для расшифровки типоразмеров.
1. SMD-резисторы 0201 :
L=0.6 мм; W=0.3 мм; H=0.23 мм; L1=0.13 м.
Номинальная мощность: 0,05 Вт
Рабочее напряжение: 15 В
Максимально допустимое напряжение: 50 В
2. SMD-резисторы 0402 :
L=1.0 мм; W=0.5 мм; H=0.35 мм; L1=0.25 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 0,062 Вт
Рабочее напряжение: 50 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
3. SMD-резисторы 0603 :
L=1.6 мм; W=0.8 мм; H=0.45 мм; L1=0.3 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 0,1 Вт
Рабочее напряжение: 50 В
Максимально допустимое напряжение: 100 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
4. SMD-резисторы 0805 :
L=2.0 мм; W=1.2 мм; H=0.4 мм; L1=0.4 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 0,125 Вт
Рабочее напряжение: 150 В
Максимально допустимое напряжение: 200 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
5. SMD-резисторы 1206 :
L=3.2 мм; W=1.6 мм; H=0.5 мм; L1=0.5 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 0,25 Вт
Рабочее напряжение: 200 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
6. SMD-резисторы 2010 :
L=5.0 мм; W=2.5 мм; H=0.55 мм; L1=0.5 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 0,75 Вт
Рабочее напряжение: 200 В
Максимально допустимое напряжение: 400 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
7. SMD-резисторы 2512 :
L=6.35 мм; W=3.2 мм; H=0.55 мм; L1=0.5 мм.
Диапазон номинальных значений: 0 Ом, 1 Ом - 30 МОм
Допустимое отклонение от номинала: 1% (F); 5% (J)
Номинальная мощность: 1 Вт
Рабочее напряжение: 200 В
Максимально допустимое напряжение: 400 В
Рабочий диапазон температур: –55 - +125 °С
Как вы можете видеть, с увеличением размеров чип-резистора увеличивается и номинальная рассеиваемая мощность в таблице ниже нагляднее приведена эта зависимость, а также геометрические размеры резисторов других типов:
Таблица 1 – Маркировка SMD-резисторов
В зависимости от размеров может применяться один из трёх видов маркировки номинала резистора. Выделяют три вида маркировки:
1. С помощью 3-х цифр. При этом первые две обозначают количество ом, а последняя количество нулей. Так маркируют резисторы из ряда Е-24, c отклонением от номинала (допуском) в 1 или 5%. Типоразмер резисторов с такой маркировкой - 0603, 0805 и 1206. Пример такой маркировки: 101 = 100 = 100 Ом
Рисунок 2 – изображение SMD-резистора с номиналом в 10 000 Ом, он же 10 кОм.
2. С помощью 4-х символов. В этом случае 3 первых цифры обозначают количество Ом, а последняя – количество нулей. Так описываются резисторы из ряда Е-96 типоразмеров 0805, 1206. Если в маркировке присутствует буква R – она играет роль запятой, отделяющей целые от долей. Таким образом маркировка 4402 расшифровывается как 44 000 Ом или 44 кОм.
Рисунок 3 – изображение SMD-резистора с номиналом в 44 кОма
3. Маркировка комбинацией из 3 символов – цифр и букв. При этом 2 первых знака – это цифры, обозначают закодированное значение сопротивления в Омах. Третий символ – это множитель. Таким способом маркируются резисторы типоразмера 0603 из ряда сопротивлений Е-96, с допуском 1%. Перевод букв во множитель выполняется по ряду: S=10^-2; R=10^-1; B=10; C=10^2; D=10^3; E=104; F=10^5.
Расшифровка кодов (первых двух символов) ведется по таблице, изображенной ниже.
Таблица 2 – расшифровка кодов маркировки SMD-резисторов
Рисунок 4 – резистор с трёхсимвольной маркировкой 10С, если воспользоваться таблицей и приведенным рядом множителей, то 10 – это 124 Ома, а С – это множитель 10^2, что равняется 12 400 Ома или 12.4 кОм.
Основные параметры резисторов
Рисунок 5 - Эквивалентная схема резистора
Итак, индуктивность и емкость – это элементы, которые оказывают влияние на полное сопротивление и фронты токов и напряжений в зависимости от частоты. Наилучшим по частотным характеристикам являют элементы для поверхностного монтажа, благодаря как раз-таки их малым размерам.
Рисунок 6 – На графике изображено отношение полного сопротивления резистора к активному на различных частотах
Конструкция резистора
Резисторы поверхностного монтажа дешевы и удобны при конвеерной автоматизированной сборке электронных устройств. Однако, они не так просты, как может показаться.
Рисунок 7 – Внутреннее устройство SMD-резистора
Основой резистора является подложка из Al2O3 – окиси алюминия. Это хороший диэлектрик и материал с хорошей теплопроводностью, что не менее важно, так как в процессе работы вся мощность резистора выделяется в тепло.
В качестве резистивного слоя используется тонкая металлическая или оксидная пленка, например – хром, двуокись рутения (как изображено на рисунке выше). От материала из которого состоит эта пленка зависят характеристики резисторов. Резистивный слой отдельных резисторов представляет собой пленку толщиной до 10 мкм, из материала с низким ТКС (температурным коэффициентом сопротивления), что дает высокую температурную стабильность параметров и возможность создать высокопрецизионные элементы, пример такого материала – константан, однако номиналы таких резисторов редко превышают 100 Ом.
Контактные площадки резистора формируются из набора слоев. Внутренний контактный слой выполняют из дорогих материалов вроде серебра или палладия. Промежуточный – из никеля. А внешний – свинцово оловянный. Такая конструкция обусловлена необходимостью обеспечить высокую адгезию (связанность) слоев. От них зависит надежность контактов и шумы.
Рисунок 8 – форма резистивного слоя
Монтаж таких элементов происходит в печах, а в радиолюбительских мастерских с помощью паяльного фена, то есть потоком горячего воздуха. Поэтому при их изготовлении уделяется внимание температурной кривой нагрева и охлаждения.
Рисунок 9 – кривая нагрева и охлаждения при пайке SMD-резисторов
Выводы
Использование компонентов поверхностного монтажа положительно сказалось на массогабаритных показателях радиоэлектронной аппаратуры, а также на частотных характеристиках элемента. Современная промышленность выпускает большую часть распространенных элементов в SMD-исполнении. В том числе: резисторы, конденсаторы, диоды, светодиоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы.
