معرفی کامل قطعات SMD و انواع آن

قطعات SMD چه هستند؟

SMD (SURFACE MOUNT DEVICE) نوعی از قطعات الکترونیکی هستند که برای اتصال مستقیم بر سطح مدار چاپی طراحی و ساخته شده اند. این قطعات مانند دیگر قطعات معمولی و پایه دار الکترونیکی که به راحتی روی مدار لحیم کاری می شوند نیستند. البته تفاوت آنها در واقع ظاهری بود و از لحاظ عملکرد تفاوت چندانی با هم ندارند. اما می توان گفت که بخاطر اندازه کوچکشان عملکرد اندکی بهتر از قطعات معمولی دارند.

قطعات SMD به ۲ دسته کلی تقسیم می شوند که در ادامه به آنها می‌پردازیم:

۱– قطعات SMD منفعل (PASSIVE)

این قطعات معمولاً ساختار ساده تری نسبت به قطعات SMD فعال (ACTIVE) دارند. خازن‌های سرامیکی یکپارچه، خازن‌های تانتالیومی و مقاومت‌های فیلم ضخیم از دسته های اصلی SMD های منفعل به حساب می آیند. اشکال فیزیکی آنها معمولاً مستطیلی یا سیلندری شکل است و حجم شان حدود ۱۰ برابر کمتر از نمونه پایه دار و معمولی آنهاست.

مقاومت های SMD

مقاومت های SMD قابل تولید در ابعاد مختلف هستند و کاربردهای زیادی در صنعت الکترونیک دارند. این مقاومت ها به ۲ دسته کلی مقاومت های فیلم نازک و مقاومت های فیلم ضخیم تقسیم میشوند.

مقاومت‌های فیلم ضخیم از پیچیدن صفحه ای از فیلم مقاومت کننده

(معمولا از جنس روتنیوم دی اکسید) به دور زیر لایه آلومینیومی مسطح تشکیل شده است.

در مقاومت‌های SMD فیلم نازک زیر لایه ای از جنس سرامیک قرار گرفته و روی آن لایه اتصال دهنده ای از

جنس نقره یا فلزات رسانای دیگر قراز دارد و به عنوان محافظ نیز از نیکل استفاده شده است.

وجود لایه محافظ نیکلی بسیار مهم است، زیرا در فرآیند لحیم کاری از آب شدن نقره یا طلای میانی در مقاومت جلوگیری می‌کند.

مقاومت های SMD در بازه یک شانزدهم ، یک دهم، یک هشتم و یک چهارم  وات و مقاومت بین ۱ تا ۱۰۰ مگا اُهم در دسترس هستند. متداول‌ترین نوع مورد استفاده این مقاومت ها ۰۴۰۲، ۰۶۰۳، ۰۸۰۵، ۱۲۰۶ و ۱۲۱۰ هستند.

مقاومت های SMD معمولاً روکش محافظ رنگی در وسط و پایه سفید رنگ در ۲ طرف خود دارند. راه شناسایی آن‌ها از خازن های SMD نیز همین شواهد ظاهری است.

مراحل تولید مقاومت SMD

مقاومت های SMD شبکه‌ای

این نوع مقاومت ها معمولاً جایگزین مقاومت های SMD مجزا که در بالا گفتیم می شوند و به علت اشغال فضا و هزینه کمتر گزینه ایده آل تری نسبت به مقاومت های مجزا هستند.

متداول ترین مدل مقاومت های SMD شبکه، SOIC ها (SMALL OUTLINE INTEGRATED CIRCUIT) هستند که عموما بین ۱۶ تا ۲۰ پایه و توان ۱ و نیم واتی در هر بسته بندی دارند.

خازن های سرامیکی SMD

این نوع خازن‌ها در مدارهای فرکانس بالا ایده‌آل عمل می‌کنند و به علت نداشتن پایه می‌توانند در سمت مخالف مدارها نیز نصب شوند که این خصوصیت فضا را برای استفاده دیگر قطعات باز می گذارد. از خازن های سرامیکی SMD برای کنترل فرکانس و تجزیه جریان (دی کوپلینگ) استفاده می شود

خازن‌های سرامیکی SMD بسیار قابل اطمینان بوده و با حجم ذخیره سازی بالای خود، حتی در وسایل نظامی و استفاده های فضایی نیز به کار می روند.

خازن های SMD تانتالیومی

در خازن های SMD، ماده عایق معمولاً یا سرامیک است یا تانتالیوم. خازن های SMD تانتالیومی ظرفیت نگهداری ولتاژ و قابلیت اطمینان بالایی دارند. ظرفیت این خازن ها در اندازه های مختلف از یک دهم تا ۱۰۰ میکرو فاراد و بازه کارکردشان از ۴ تا ۵۰ ولت جریان DC می باشد.

البته می‌توان به صورت سفارشی نیز بسته بندی این خازن ها را تغییر داد. علامت های رنگی حک شده روی این قطعات نشان دهنده میزان ذخیره سازی آنهاست. البته مدل های بدون علامتی نیز وجود دارد و به صورت عمده، بسته های وافلی، ریلی و نواری به فروش می رسند.

قطعات منفعل لوله ای SMD

این قطعات سیلندری شکل برای قرار گیری خازن ها، جامپرها، خازن های سرامیکی و تانتالیومی و دیودها ساخته شده اند که در هر دو طرف خود لبه هایی برای لحیم کاری دارند.

به این سیلندرها MELF (METAL ELECTRODE LEADLESS FACES) نیز گفته می شود. به خاطر شکل لوله ای این قطعات، مقاومت ها درون آن می توانند بر خلاف حالت مستطیلی، همراه با عنصر مقاومت کننده و سطح مدار به صورت یکجا قرار بگیرند.MELF ها ارزان قیمت بوده و با رنگ های مختلف کد بندی و شناسایی می‌شوند.

۲– قطعات SMD فعال (ACTIVE)

قطعات SMD در مدل های فعال و منفعل بیشتری در قیاس با حالت پایه دار و معمولی ارائه می شوند. در ادامه به بررسی انواع بسته بندی های قطعات فعال SMD و نخست به دسته سرامیکی آن می پردازیم.

چیپ حامل سرامیکی بدون سرب (LCCC)

همانطور که از نام این قطعه پیداست، از سرب در آن استفاده نشده و به جای آن ترمینال های شیار شکل طلاکاری شده ای به کار رفته است. در این حالت مسیر سیگنال کوتاه تر شده و امکان استفاده در فرکانس های بالا را فراهم می سازد. LCCC ها به خانواده های مختلفی تقسیم بندی می شوند که معیار این تقسیم بندی، نوع بسته‌بندی آنهاست متداولترین آن نوع ۱٫۲۷ میلی متری و انواع دیگرش ۲۵، ۲۰ و ۴۰ میل می باشد.

چیپ حامل سرامیکی سرب دار (CLCC)

این قطعه در ۲ حالت از قبل سرب دار شده و حالت بدون سرب موجود است. در حالت از قبل سرب دار شده، آلیاژی از مس یا کوار توسط سازنده به چیپ متصل می شود. در حالت بدون سرب هم خود کاربر سرب را به چیپ متصل می‌کند. هنگامی که از بسته‌بندی سرامیکی سرب دار استفاده می‌کنید، ابعاد آن با چیپ حامل بسته بندی پلاستیکی سربی برابر می‌شود.

قطعات SMD با بسته بندی پلاستیکی

همان طور که می دانید بسته بندی های سرامیکی هزینه بسیار بالایی دارند و در مصارف خاص مانند ادوات نظامی استفاده می‌شوند. در عوض برای کاهش هزینه از بسته بندی های پلاستیکی استفاده می‌شود که بسیار هم متداول هستند. در ادامه به انواع قطعات فعال SMD با بسته بندی پلاستیکی می پردازیم.

ترانزیستور مقیاس کوچک (SOT)

این ترانزیستورها دارای سه یا چهار پایه سربی هستند. از بسته بندی های متداول آنها به SOT23 (EIA TO 236) و SOT98 (EIA TO  ۲۴۳) که مدل ۳ پایه را شامل می شود و SOT143 (EIA TO 253) که ۴ پایه است، میتوان اشاره کرد.

هر دو نوع این بسته بندی ها برای دیودها نیز استفاده می شود که مدل SOT23 و SOT98 جهانی ترین مدل برای ترانزیستور های کوچک مقیاس شناخته می شود. نکته جالب اینجاست با وجود اینکه IC های پیچیده تر و با تعداد پایه های بیشتر در بازار موجود و مورد استفاده است، SOT و SOP ها همچنان تقاضای بالایی دارند.

مدارهای یکپارچه کوچک مقیاس ( SOIC و SOP)

این IC ها طوری طراحی شده اند که بتوانند تعداد بیشتری از ترانزیستور های کوچک مقیاس (SOT) را در خود جای دهند. SOIC ها در دو طرف خود پایه های سربی یا آلیاژ طلا بیرون زده ای دارند و باید با احتیاط حمل و جابجا شوند تا آسیب نبینند. دو دسته کلی بر مبنای عرض این IC ها وجود دارد که یکی ۱۵۰ میل و دیگری ۳۰۰ میل است. SOIC های کمتر از ۱۶ پایه را ۱۵۰ میل و بیشتر از این تعداد را در دسته ۳۰۰ میلی طبقه بندی می کنند.

چیپ حامل پلاستیکی سربی (PLCC)

این IC ها طوری طراحی شده اند که بتوانند تعداد بیشتری از ترانزیستور های کوچک مقیاس (SOT) را در خود جای دهند.

SOIC ها در دو طرف خود پایه های سربی یا آلیاژ طلا بیرون زده ای دارند و باید با احتیاط حمل و جابجا شوند تا آسیب نبینند. دو دسته کلی بر مبنای عرض این IC ها وجود دارد که یکی ۱۵۰ میل و دیگری ۳۰۰ میل است. SOIC های کمتر از ۱۶ پایه را ۱۵۰ میل و بیشتر از این تعداد را در دسته ۳۰۰ میلی طبقه بندی می کنند.

بسته بندی J کوچک مقیاس (SOJ)

علت نامگذاری این حالت پایه های بیرون زده آن است که شبیه به حرف J می باشد. این مدل را می‌توان ترکیبی از خاصیت جابجایی و کارکرد PLCC و صرفه‌جویی در فضای SOIC ها دانست. از SOJ ها برای چگالی بالا در DRAM ها (۱، ۴ و ۱۶ مگابایت) استفاده می شود.

بسته بندی SMD شیار باریک

به علت سرب های نازک تری که دارد،

باید با دقت حمل شود و در طراحی الگوی مدار نیز باید به این موضوع دقت شود. ۲ مدل اصلی از این

۴ عددی صاف (QFP) و بسته بندی  ۴ عدد ی

صاف کوچک شده (SQFP) می باشد.

قطعات SMD چینش شبکه ای توپی (BGA)

انواع مختلفی از آنها وجود دارد اما اصلی ترین مدل آنها سرامیکی (CBGA) و مدل پلاستیکی (PBGA) می باشد. البته مدل دیگری نیز وجود دارد که به آن مدل نواری (TBGA) می گویند. معمول ترین نوع این قطعات در نقطه اتصال بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ گوی توپی شکل دارند. به علت همین شکل جالب خود، اتصال بسیار خوبی با سطح برقرار می‌کنند و احتمال خطا در جاگذاری و لحیم کاری آن بسیار پایین است.