表面贴装元件

表面贴装元器件有以下两个显著特点。

（1）在SMT元器件的电极上，有些完全没有引线，有些只有非常短小的引线，相邻电极之间的距离比传统的双列直插式的引线距离（2.54 mm）小很多，目前最小的达0.3 mm。

（2）SMT元器件直接贴装在印制电路板的表面，将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。这样，印制电路板上的通孔只起到电路连通导线的作用，孔的直径仅由制板时金属化孔的工艺水平决定，通孔的周围没有焊盘，使印制电路板的布线密度大大提高。

表面安装元器件同传统元器件一样，也可从功能上分为无源器件SMC（Surface Mounted Components）和有源器件SMD（Surface Mounted Devices）。

1.表面组装电阻器的认识

1）SMC固定电阻器

表面组装电阻器按封装外形，可分为矩形片式电阻器和圆柱形片式电阻器。

（1）矩形片式电阻器。矩形片式电阻器外观是一个矩形，如图6−2所示。

图6−2　矩形片式电阻器外形

矩形片式电阻器的结构一般是多层结构，如图6−3所示，其生产工艺可分为厚膜型和薄膜型。厚膜型矩形片式电阻器生产工艺是在一个高纯度氧化铝基底平面上网印二氧化钌电阻浆来制作电阻膜；其阻值可根据改变电阻浆料成分或配比得到。厚膜型矩形片式电阻器精度高、电阻温度系数小，稳定性好，但阻值范围比较窄，适用于高精度和高频领域。薄膜型矩形片式电阻器是在基体上溅镀一层镍铬合金而成，其电阻性能稳定，阻值精度高，高温下性能稳定，在电路中得到广泛应用。

图6−3　片式电阻器结构

3216、2012、1608系列片状SMC的标称数值用标在元件上的3位数字表示（E24系列），前两位是有效数，第三位是倍率乘数，其电阻精度为5%。例如，电阻器上印有123，表示12 kΩ；表面印有5R1，表示阻值为5.1 Ω；表面印有R56，表示阻值为0.56 Ω；跨接电阻采用000表示。当片式电阻值精度为1%时，则采用4个数字表示，前面3个数字为有效数字，第四位表示增加的零的个数；阻值小于10 Ω的，仍在第二位补加“R”，阻值为100 Ω，则在第四位补“0”。例如，4.7 Ω 记为 4R70；100 Ω 记为 1000；1MΩ 记为 1004；10 Ω 记为 10R0。对于 1005、0603系列片式电阻器，元件表面不印制标称数值（参数印在编带的带盘上）。

（2）圆柱形片式电阻器（简称MELF）。圆柱形片式电阻器的外形如图6−4所示。

圆柱形表面组装电阻器主要有碳膜ERD型、高性能金属膜ERO型及跨接用的0 Ω电阻3种。圆柱形片式电阻器的结构形状和制造方法基本上与带引脚电阻器基本相同，即在高铝陶瓷基柱表面溅射镍铬合金膜或者碳膜，在膜上刻槽调整电阻值，两端压上金属焊端并涂覆耐热漆形成保护层，最后印上色环标志。

圆柱形片式电阻器与矩形片式电阻器相比，无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到印制电路板上有较高的抗弯能力，常用于高档音响电器产品中。

圆柱形片式电阻器的结构如图6−5所示，由电阻膜、色环、陶瓷基体、螺纹槽、端电极等组成。

图6−4　圆柱形片式电阻器外形

图6−5　圆柱形片式电阻器的结构

圆柱形片式电阻器用3位、4位或5位色环表示其标称阻值的大小，每位色环所代表的意义与通孔插装色环电阻完全一样，如图6−6和表6−3所示。

图6−6　圆柱形电阻器的色环标志

表6−3　色环电阻颜色对照表

例如，五色环电阻器色环从左至右第一位色环是棕色，其有效值为 1；第二位色环为绿色，其有效值为5；第三位色环是黑色，其有效值为0；第四位色环为棕色，其乘数为 10；第五位色环为棕色，其允许偏差为±1%。则该电阻的阻值为1.5 kΩ，允许偏差为±1%。

2）SMC电阻排（电阻网络）

电阻排也称为电阻网络或集成电阻。电阻网络可分为厚膜电阻网络和薄膜片式电阻网络两大类。电阻网络根据结构的不同，可分为SOP型、芯片功率型、芯片载体型和芯片阵列型4种。它是将多个参数和性能都一致的电阻，按预定的配置要求连接后置于一个组装体内的电阻网络。图 6−7所示为8P4R（8引脚4电阻）3216系列表面组装电阻网络的外形。

电阻网络根据其用途的不同，电路形式也有所不同。芯片阵列型电阻网络常见的电路形式有3种，其结构如图6−8所示。SOP型电阻网络的常见电路形式有4种，其结构如图6−9所示。

图6−7　8P4R 3216电阻网络的外形

图6−8　芯片阵列型电阻网络的常见电路形式

（a）4元件（独立电路）；（b）4元件（其中两元件并联）；（c）4元件（每两元件并联）

图6−9　SOP型电阻网络的常见电路形式

（a）8元件、独立电路、1/16W/元件；（b）15元件、并联电路、1/24W/元件；（c）12元件、分压电路、1/24W/元件；（d）24元件、终端电路、1/32W/元件

3）SMC电位器

表面组装电位器又称为片式电位器（Chip Potentiometer），是一种可连续调节阻值的可变电阻器。其形状有片状、圆柱状、扁平矩形等各种类型。它在电路中起到调节分电路电压和分电路电阻的作用。

片式电位器有敞开式、防尘式、微调式、全密封式4种不同的外形结构。

（1）敞开式结构。其外形和结构如图 6−10所示。敞开式结构的电位器有直接驱动簧片结构和绝缘轴驱动簧片结构两种。从它的外形来看，这种电位器没有外壳保护，灰尘和潮气很容易进入其中，这样会对器件的性能有一定影响，但价格较低。需要注意的是，对于敞开式的平状电位器而言，仅适合用焊锡膏再流焊工艺，不适合用贴片波峰焊工艺。

图6−10　敞开式电位器外形和结构

（a）外形；（b）直接驱动簧片结构；（c）绝缘轴驱动簧片结构

（2）防尘式结构。其外形和结构如图 6−11所示。这种外形结构在有外壳或护罩的保护下，灰尘和潮气不易进入其中，故性能优良，常用于投资类电子整机和高档消费类电子产品中。

图6−11　防尘式电位器外形和结构

（a）外形；（b）结构

（3）微调式结构。其外形和结构如图6−12所示。这类电位器可对其阻值进行精细调节，故性能优良，但价格较高，常用于投资类电子整机电子产品中。

图6−12　微调式电位器外形和结构

（a）外形；（b）结构

（4）全密封式结构。全密封式电位器的特点是性能可靠、调节方便，寿命长。其结构有圆柱结构和扁平结构两种，而圆柱形电位器的结构又分为顶调和侧调两种，如图6−13所示。

图6−13　全密封式电位器结构

（a）圆柱形顶调电位器结构；（b）圆柱形侧调电位器结构

2.表面组装电容器的认识

表面组装电容器简称片式电容器，如图 6−14所示。适用于表面组装的电容器已发展到多品种、多系列。如果按外形、结构和用途分类，可达数百种。在实际应用中，表面安装电容器中有80%是多层片状瓷介电容器，其次是表面安装铝电解电容器和钽电解电容器。

图6−14　表面组装电容器实物

1）SMC多层陶瓷电容器

表面组装陶瓷电容器大多数用陶瓷材料作为电容器的介质。多层陶瓷电容器简称MLC，通常为无引脚矩形结构，内部电极一般采用交替层叠的形式，根据电容量的需要，少则二三层，多则数十层，其外形如图6−15（a）所示，结构如图6−15（b）所示。

图6−15　多层陶瓷电容器外形和结构

（a）外形；（b）结构

多层陶瓷电容器的特点如下：

（1）由于电容器的介质材料为陶瓷，所以耐热性能良好，不容易老化。

（2）瓷介电容器能耐酸碱及盐类的腐蚀，抗腐蚀性好。

（3）低频陶瓷材料的介电常数大，因而低频瓷介电容器单位体积的容量大。

（4）陶瓷的绝缘性能好，可制成高压电容器。

（5）高频陶瓷材料的损耗角正切值与频率的关系很小，因而在高频电路可选用高频瓷介电容器。

（6）陶瓷的价格便宜，原材料丰富，适宜大批量生产。

（7）瓷介电容器的电容量较小，机械强度较低。

2）SMC电解电容器

常见的SMC电解电容器有铝电解电容器和钽电解电容器两种。

（1）SMC铝电解电容器。SMC铝电解电容器的容量和额定工作电压的范围较大，把这类电容器做成贴片形式比较困难，故一般都是异形。由于SMC铝电解电容器价格低廉，因此经常被应用于各种消费类电子产品中。根据其外形和封装材料的不同，铝电解电容器可分为矩形（树脂封装）和圆柱形（金属封装）两类，如图6−16所示，通常以圆柱形为主。

图6−16　SMC铝电解电容器实物

（a）圆柱形；（b）矩形

SMC铝电解电容器的电容值及耐压值在其外壳上均有标注，外壳上的深色标记代表负极，如图6−17所示。

图6−17　SMC铝电解电容器结构和标注

（a）结构；（b）标注

SMC铝电解电容器的特点：它是由铝圆筒做负极，内部装有液体电解质，再插入一片弯曲的铝带做正极制成。其特点是容量大，但是漏电大、稳定性差、有正负极性。适于电源滤波或低频电路中，使用时正、负极不能接反。

（2）SMC钽电解电容器。SMC钽电解电容器以金属钽作为电容介质，可靠性很高，单位体积容量大，在容量超过0.33 μF时，大都采用钽电解电容器。固体钽电解电容器的性能优异，是所有电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品。因此，容易制成适于表面贴装的小型和片式元件，如图6−18所示。

图6−18　贴装于PCB板上的钽电解电容器

目前生产的钽电解电容器主要有烧结型固体、箔形卷绕固体、烧结型液体等3种，其中烧结型固体约占目前生产总量的95%以上，其中以非金属密封型的树脂封装为主。图6−19所示是烧结型固体电解质片状钽电容器的内部结构。

图6−19　烧结型固体电解质片状钽电容器结构

SMC钽电解电容器的外形都是片状矩形结构，按照其封装形式的不同，可分为裸片型、模塑型和端帽型，如图6−20所示。

图6−20　SMC钽电解电容器的类型

（a）模塑型；（b）裸片型；（c）端帽型(www.daowen.com)

3）SMC片状云母电容器

片状云母电容器的形状多为矩形，云母电容器采用天然云母作为电容极间的介质，其耐压性能好。云母电容由于受介质材料的影响，容量不能做得太大，一般在10～10 000 pF之间，而且造价相对其他电容器高。与多层片状瓷介电容器相比，体积略大，但耐热性好、损耗小，易制成小电容量、稳定性高、Q值高、精度高的产品，适宜在高频电路中使用。其外形和内部结构如图6−21所示。

图6−21　SMC片状云母电容器外形和结构

（a）外形；（b）结构

3.表面组装电感器的认识

片式电感器也称表面贴装电感器，它与其他片式元器件（SMC及 SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。

从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。常用的是绕线型和叠层型两种类型。其中，绕线型是传统绕线电感器小型化的产物，叠层型则采用多层印制技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器要小，是电感元件领域重点开发的产品。由于微型电感器要达到足够的电感量和品质因数Q比较困难，同时由于磁性元件中电路与磁路交织在一起，制作工艺比较复杂，故作为三大基础无源元件之一的电感器片式化，明显滞后于电容器和电阻器。

1）绕线型SMC电感器

绕线型SMC电感器是将传统的卧式绕线电感器稍加改进后的产物。这种电感器在制造时将导线圈缠绕在磁芯上，若为低电感则用陶瓷作磁芯，若为大电感则用铁氧体作磁芯，绕组可以垂直也可水平，绕线后再加上端电极即可。

绕线型SMC电感器根据所用磁芯的不同，可分为“工”字形结构（开磁路、闭磁路）、槽形结构、棒形结构、腔体结构。

其中，“工”字形结构的SMC电感器通常采用微小“工”字形磁芯，经绕线、焊接、电极成形、塑封等工序制成，如图6−22所示。这种类型片式电感器的特点是生产工艺简单、电性能优良，适合大电流通过，具有可靠性高等优点。

图6−22　绕线型SMC电感器的结构一

（a）“工”字形结构（开磁路）；（b）“工”字形结构（闭磁路）

而对于槽形和腔体结构的SMC电感器则采用H形陶瓷芯，经过绕线、焊接、涂覆、环氧树脂封装等工序制成，如图6−23所示。由于电极已预制在陶瓷芯体上，其制造工艺更简单，并且能进一步微小型化。这类电感器的特点是电感值较小，自谐频率高，更适合高频使用。

图6−23　绕线型SMC电感器的结构二

（a）槽形结构；（b）腔体结构

2）叠层型SMC电感器

叠层型 SMC电感器由铁氧体浆料和导电浆料相间形成多层的叠层结构，然后经烧结而成。其特点是具有闭路磁芯结构，没有漏磁，耐热性好，可靠性高，与绕线型相比，尺寸小得多，适用于高密度表面组装，但电感量也小，Q值较低。

叠层型SMC电感器可广泛应用于高清晰数字电视、高频头、计算机板卡等领域。其外形和内部结构如图6−24所示。

图6−24　层叠型电感器外形和结构

（a）外形；（b）结构

4.表面组装二极管的认识

二极管是一种单向导电性组件。单向导电性是指当电流从它的正向流过时其电阻极小，当电流从它的负极流过时其电阻很大，因而二极管是一种有极性的器件。

SMD二极管常见的封装外形有无引线柱形玻璃封装和片状塑料封装两种。其中，无引线柱形玻璃封装二极管通常有稳压二极管、开关二极管和通用二极管，片状塑料封装二极管一般为矩形片状，如图6−25所示。

表面贴装器件

图6−25　SMD二极管外形

（a）圆柱形二极管；（b）塑料封装二极管

5.表面组装三极管的认识

晶体三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心器件。三极管是在一块半导体基板上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

小外形塑封晶体管（SOT）又称为微型片式晶体管，它作为最先问世的表面组装有源器件之一，通常是一种三端或四端器件，主要用于混合式集成电路中，被组装在陶瓷基板上。可分为 SOT−23、SOT−89、SOT−l43、SOT−252 几种尺寸结构，产品有小功率管、大功率管、场效应管和高频管几个系列，如图6−26所示。

图6−26　SOT晶体管

（a）SOT−23；（b）SOT−89；（c）SOT−l43；（d）SOT−252

（1）SOT−23是通用的表面组装晶体管，SOT−23有3条翼形引脚。

（2）SOT−89的b、c、e这3个电极是从管子的同侧引出，管子底部的金属散热片和集电极连在一起，同时晶体管芯片黏结在较大的铜片上，有利于散热。此晶体管适用于较高功率的场合。

（3）SOT−l43有4条翼形短引脚，对称分布在长边的两侧，引脚中宽度偏大一点的是集电极，这类封装常见于双栅场效应管及高频晶体管中。

（4）SOT−252封装的功耗可达2～50 W，两条连在一起的引脚或与散热片连接的引脚是集电极。

如今，SMD分立器件封装类型和产品数已经达到3 000种之多，每个厂商生产的产品中，其电极引出方式略有不同，大家在选用时必须先查阅相关资料。

6.表面组装集成电路的认识

1）电极形式

表面组装器件SMD的I/O电极形式有无引脚和有引脚两种形式。常用无引脚形式的表面组装器件有LCCC、PQFN等，有引脚形式的器件中引脚形状有翼形、钩形（J形）和I形3种，如图6−27所示。翼形引脚一般用于SOT、SOP、QFP封装，钩形（J形）引脚一般用于SOJ、PLCC封装，I形引脚一般用于BGA、CSP、Flip、Chip封装。

图6−27　引线结构

（a）翼形；（b）J形；（c）I形

2）封装材料

SMD集成电路的封装材料通常有金属封装、陶瓷封装、金属—陶瓷封装和塑料封装。其中，金属封装中金属材料可以冲压，具有封装精度高、尺寸严格、便于大量生产、价格低廉等特点；陶瓷封装中的陶瓷材料电气性能优良，适用于高密度封装；金属—陶瓷封装则兼有金属封装和陶瓷封装的优点；塑料封装中塑料的可塑性强，成本低廉，工艺简单，适合大批量生产。

3）芯片的基板类型

基板的主要作用是搭载和固定裸芯片，同时还具有绝缘、导热、隔离和保护作用，人们通常把它称为芯片内外电路连接的“桥梁”。芯片的基板类型按材料分类有有机和无机之分，从结构上分类有单层、双层、多层和复合等型。

4）封装比

评价集成电路封装技术的好坏，一个非常重要的指标是封装比。其定义为：

此值越接近1越好。

5）SMD集成电路的封装形式

（1）小外形集成电路（SO）。引线比较少的小规模集成电路大多采用这种小型SO封装。SO封装可以分为以下几种。

① SOP封装。芯片宽度小于0.15英寸，电极引脚数一般在8～40个之间。

② SOL封装。芯片宽度在0.25英寸以上，电极引脚数一般在44个以上。

③ SOW封装。芯片宽度在0.6英寸以上，电极引脚数一般在44个以上。

部分SOP封装采用了小型化或者薄型化封装的分别叫作SSOP封装和TSOP封装。

对于大多数SO封装而言，其引脚都采用翼形电极，但也有一些存储器采用J形电极（称为 SOJ），如图 6−28 所示。

片装集成电路

图6−28　SOP的翼形引脚和J形引脚封装的外形和结构

（a）SOP封装；（b）SOJ封装；（c）SOP的翼形引脚；（d）SOP的J形引脚

（2）无引脚陶瓷芯片载体（LCCC）。LCCC是陶瓷芯片载体封装的 SMD集成电路中没有引脚的一种封装，如图 6−29所示；芯片被封装在陶瓷载体上，无引线的电极焊端排列在封装底面上的四边，外形有正方形和矩形两种。

LCCC的特点是无引线，引出端是陶瓷外壳，四侧有镀金凹槽，凹槽的中心距有1.0 mm和1.27 mm两种。它能提供较短的信号通路，电感和电容的损耗都比较低，通常用于高频电路中。陶瓷芯片载体封装的芯片是全密封的，具有很好的环境保护作用，一般用于军品中。

图6−29　LCCC封装的集成电路

（a）LCCC外形；（b）LCCC结构

（3）塑封有引脚芯片载体（PLCC）。PLCC是集成电路的有引脚塑封芯片载体封装，引脚采用钩形引脚，固称为钩形（J形）电极，电极引脚数目通常为16～84个，其外观与封装结构如图6−30所示。PLCC封装的集成电路大多用于可编程存储器中。20世纪80年代前后，塑封器件以其优异的性价比在SMT市场上占有绝对优势，得到广泛应用。

图6−30　PLCC的封装结构

（a）实物；（b）插座；（c）封装结构

（4）方形扁平封装（QFP）。QFP为四侧引脚扁平封装，引脚从4个侧面引出，呈翼（L）形，如图 6−31所示。封装材料有陶瓷、金属和塑料3种，其中塑料封装占绝大部分。QFP封装的集成电路引脚较多，多用于高频电路、中频电路、音频电路、微处理器、电源电路等，目前已被广泛使用。

图 6−31 QFP 封装

（a）QFP外形；（b）带脚垫QFP；（c）QFP引线排列

（5）球栅阵列封装（BGA）。BAG封装是大规模集成电路的一种极富生命力的封装方法。BAG封装是将原来器件PLCC/QFP封装的J形或翼形电极引脚，改变成球形引脚；把从器件本体四周“单线性”顺序引出的电极，变成本体底面之下“全平面”式的格栅阵排列。这样，既可以疏散引脚间距，又能够增加引脚数目。焊球阵列在器件底面可以呈完全分布或部分分布。图6−32和图6−33所示分别为BGA器件外形和内部结构。

图6−32　BGA封装外形

图6−33　BGA封装结构

BGA具有体积小、I/O多、电气性能优越（适合高频电路）、散热性好等优点。缺点是印制电路板的成本增加，焊后检测困难、返修困难。PBGA对潮湿很敏感，封装件和衬底容易开裂。

（6）CSP封装。CSP是BGA进一步微型化的产物，问世于20世纪90年代中期，它的含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大（通常封装尺寸与裸芯片之比定义为1.2:1）。CSP外端子间距大于0.5 mm，并能适应再流焊组装。

近年来芯片组装器件的发展相当迅速，已有常规的由引脚连接组装器件形成的带自动键合（Tape Automated Bonding，TAB）、凸点载带自动键合（Bumped Tape Automated Bonding，BTAB）和微凸点连接（Micro−Bump Bonding，MBB）等多种门类。芯片组装器件具有批量生产、通用性好、工作频率高、运算速度快等特点，在整机组装设计中若配以CAD方式，还可大大缩短开发周期，目前已广泛应用在大型液晶显示屏、液晶电视机、小型摄录一体机、计算机等产品中。图6−34中CSP封装的内存条为CSP技术封装的内存条。可以看出，采用CSP技术后，内存颗粒所占用的印制板面积大大减小。