milimetrów kwadratowych, natomiast cała
Poniższy dwuczęściowy artykuł powstał na wyraz
nÄ…
obudowa zajmuje powierzchniÄ™ ponad
prośbę Czytelników EdW, którzy domagali się zarówno
750mm2. Ewidentny dowód, że dalsza mi-
niaturyzacja jest
artykułu opisujące miniaturowe elementy SMD, jak i pro-
jak najbardziej
jektów wykorzystujących takie podzespoły.
możliwa.
Wprzyszłym miesiącu zostaną ogłoszone wyniki mini- I oto doszliś-
my do techniki
konkursu-ankiety na temat zestawu AVT zrealizowanego
(t echnol ogi i )
z użyciem SMD.
montażu powie-
rzchniowego. W
kreślenie SMD (Surface Mounted sięcioma wyprowadzeniami mógł zawierać literaturze naj-
Devices - elementy montowane tysiące, a potem setki tysięcy tranzystorów. częściej spotyka się właśnie skrót SMD oz-
Opowierzchniowo) nieodłącznie Z czasem okazało się, że potrzebne byłyby naczające elementy do montażu powie-
związane jest z tendencjami do miniaturyza- urządzenia pełniące dane funkcje, ale za- rzchniowego, jednak w wielu wypadkach
cji, które dawały o sobie znać od początku powinno się mówić nie tyle o elementach ale
istnienia dziedziny zwanej dziś elektroniką. całej technologii montażu powierzchniowe-
Oczywiście na początku historii elektroniki go - w angielskim skrócie SMT. My w tym
były lampy. Z miniaturyzacją lamp był duży artykule nie będziemy używać skrótu SMT -
kłopot, między innymi ze względu na wy- pozostaniemy przy popularnym skrócie
dzielanie się w nich dużych ilości ciepła, SMD, który polskiemu czytelnikowi jedno-
które trzeba było skutecznie odprowadzić do znacznie kojarzy się ze wszystkim, co doty-
otoczenia. Niemniej jednak podejmowano czy montażu powierzchniowego.
próby budowy, jak byśmy dziś powiedzieli
 lampowego układu scalonego , zawie- A
yk historii
Fot. 1 Pamięć EPROM
rającego kilka lamp i pełniącego określone Początki techniki SMD sięgają wcze-
w klasycznej obudowie DIL
funkcje. Takie twory nigdy nie weszły jed- snych lat osiemdziesiątych. Właśnie wtedy
nak do szerszego użytku. jmujące mniej miejsca i lżejsze. Zapotrzebo- ostatecznie okazało się, że stopień miniatu-
Ogromnym krokiem w zakresie miniatu- wanie to wynikało nie tylko z potrzeby mi- ryzacji uzyskiwany za pomocą klasycznym
ryzacji było wprowadzenie elementów pół- niaturyzacji sprzętu profe- elementów biernych i ukła-
przewodni ko- sjonalnego, zwłaszcza lot- dów scalonych w dwurzędo-
wych, diod i tran- niczego i kosmicznego, ale wych obudowach DIL jest
zystorów, a nieco także, a może przede wszy- zdecydowanie niewystarczaj-
póz
niej - ukła- stkim sprzętu powszechne- ący. Profesjonaliści kon-
dów scalonych. go użytku. struujący kosztowne urządze-
Wydawało się, że Fotografia 1 pokazuje nia militarne, lotnicze, medy-
uzyskany tak sto- pamięć EPROM w klasy- czne czy przemysłowe potra-
pień miniaturyza- cznej obudowie DIL (Dual fili sobie i wcześniej pora-
cji wystarczy do in Line - dwurzędowej). dzić, zamawiając potrzebne
wszelkich zastosowań. W rzeczy samej - je- Obudowy z takimi końcówkami nazywamy układy i elementy w specjalnych obudo-
den układ scalony umieszczony w plastiko- obudowami z końcówkami przewlekanymi, wach, niekiedy właśnie mniejszych. Przy-
wej czy ceramicznej obudowie z kilkudzie- bo wyprowadzenia umieszczane są w otwo- kład masz na fotografii 2 przedstawiającej
rach płytki i lutowane układ elektroniczny aparatu słuchowego.
ze strony przeciwnej Osiągnięty stopień miniaturyzacji jest tu za-
niż obudowa. Foto- dziwiający - zwróć uwagę zwłaszcza na mi-
grafia 1 pozwala za- kroskopijne rezystory z klasycznymi wypro-
uważyć, że sama wadzeniami - ich długość jest mniejsza niż
struktura układu sca- grubość zapałki! Oczywiście pokazana płyt-
lonego zawierająca ka została wykonana z wykorzystaniem ty-
setki tysięcy tranzy- powego montażu przewlekanego.
storów zajmuje sto- O ile więc konstruktorzy różnego drogie-
sunkowo niewielką go sprzętu o specjalnym przeznaczeniu ja-
powierzchniÄ™, powie- koÅ› sobie radzili, o tyle konstruktorzy sprzÄ™-
Fot. 2 Aparat słuchowy z epoki przed-SMD
dzmy kilkudziesięciu tu powszechnego użytku musieli korzystać z
68 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/98
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
część
część
część
część
część
część
część
część
część
część
część
SMD
S
M
D
by zapewnić wymienność wyrobów różnych
producentów. Nowe miniaturowe bezkoń-
cówkowe elementy siłą rzeczy były bardziej
podatne na uszkodzenie wskutek przegrza-
nia, a jednak wypadkowa niezawodność wy-
robów z elementami SMD nie mogła się po-
gorszyć. I co bardzo ważne - nowe, mniejsze
elementy nie mogły być znacząco droższe
od poprzednio stosowanych.
Nie masz chyba wątpliwości, że nowe,
radykalnie mniejsze elementy SMD z zało- Cewki w wersji SMD
Cewki do 4A
żenia nie są przeznaczone do montażu
tanich, typowych elementów, które oferowa- ręcznego. Od początku miały to być elemen- x 1/1000 x 25,4mm czyli 0,254mm. W przy-
li ówcześni wytwórcy, a więc między inny- ty do masowej produkcji, umieszczane na bliżeniu możesz spokojnie przyjąć, że 10
mi z układów scalonych w obudowach DIL. płytkach za pomocą automatów (choć oczy- milsów to ćwierć milimetra.
Z innymi elementami było może troszkę le- wiście ręczny montaż prototypów jest moż- A więc element oznaczony 1206 ma wy-
piej, bo na przykład można było zamówić liwy i celowy). miary 12x0,25mm=3mm na 6x0,25=1,5mm.
naprawdę małe rezystory. Może to zakrawać Wspomniane warunki zostały spełnione. Maleństwo, prawda?
na ironię, ale poważną barierą w dalszej mi- Rewolucja SMD stała się faktem. Wcale nie! Jedynie na początku ery SMD
niaturyzacji okazały się układy scalone i Obecnie większość produkowanych na elementy o wielkości 1206 mogły być uwa-
tranzystory. świecie elementów elektronicznych to właś- żane za małe, a właściwie za standardowe.
I właśnie na początku lat osiemdziesią- nie elementy SMD. Do dziś Dziś typowo stosowane
tych sytuacja dojrzała do zmian. Firma Phi- używamy określenia  elemen- rezystory i kondensatory
lips oraz inni wielcy producenci podzespo- ty w obudowach klasycznych ceramiczne mają wielkość
łów zaproponowali elementy w miniaturo- dla elementów do montażu 0603 czyli 1,5 x 0,75mm.
wych obudowach, zupełnie odmienne od do- przewlekanego. Tymczasem Maleństwa? Także już
tychczasowych. Elementy przeznaczone do od kilku lat na miano  klasy- nie. Liczni producenci in-
zupełnie innego sposobu montowania cznych zasługują raczej ele- tensywnie reklamują ele-
- elementy do montażu powierzchniowego menty SMD. Dziś sporo ukła- menty wielkości 0402 (1 x
- czyli SMD. dów scalonych produkowa- 0,5mm), a niektórzy, np.
Była to bez żadnej przesady poważna re- nych jest wyłącznie w wersji SMD, co nie- japońska firma Murata wprowadzają kon-
wolucja. Cała sztuka nie polegała bowiem wątpliwie martwi hobbystów, którzy może densatory wielkości 0201 (około 0,5 x
jedynie na wyprodukowaniu nowych minia- chcieliby zastosować takie kostki w swoich 0,25mm). Czyżby już niedługo miały się po-
turowych podzespołów. Nowych elementów (przewlekanych) konstrukcjach. Nic z tego. jawić elementy 01005 (0,25 x 0,125mm)?
nie można było wprowadzać stopniowo, by Zainteresowanie niektórymi układami umie- To rzeczywiście nawet teraz, w roku 1998
z czasem pomału wyparły dotychczasowe, szczonymi w obudowach  przewlekanych jest dość trudne do wyobrażenia.
większe. jest znikome i właśnie dlatego nie są one Jednak powszechne wprowadzanie do
A
atwo sobie wyobrazisz, że dotychczaso- przez nikogo produkowane. produkcji coraz mniejszych elementów wca-
we automatyczne i półautomatyczne linie Na szczęście dla hobbystów oferta kostek le nie jest takie oczywiste. Trzeba bowiem
montażowe przeznaczone dla klasycznych w obudowach DIL jest póki co bardzo szero- pamiętać, że wraz z postępującą miniatury-
elementów przewlekanych stały się bezuży- ka, a wiele kostek SMD daje się w prosty zacją gwałtownie rosną pewne istotne pro-
teczne do montażu nowych, jakże odmien- sposób wykorzystać w  przewlekanych blemy.
nych elementów. Słusznie się domyślasz, że płytkach przy użyciu specjalnych podsta- Na przykład potrzebne są nowe maszyny
także sposób lutowania miał być zupełnie wek. - automaty montażowe. Ale to nie wszystko.
inny. Tym samym poważny producent
urządzeń elektronicznych, który decydował Wymiary
się na zastosowanie elementów SMD, jedno- Przede wszystkim raz na zawsze powi-
cześnie decydował się na poniesienie nieneś zapamiętać klucz do rozkodowania
ogromnych kosztów związanych z zakupem oznaczeń spotykanych powszechnie w przy-
nowych urządzeń (automatów do montażu, padku elementów SMD. Jeśli cokolwiek na
stanowisk do lutowa- ten temat czytałeś, na pewno na-
nia), nie mówiąc o potkałeś niezrozumiałe oznacze-
konieczności zmian w nia w postaci liczb, na przykład
całym procesie monta- 1206, 0603, czy 0805. Jest to je-
żu, testowania i urucha- dynie określenie wymiarów ze-
miania. wnętrznych. Cztery cyfry trzeba
Aby rewolucja SMD rozumieć jako dwie dwucyfrowe
rzeczywiście się udała, liczby określające długość i sze-
jednocześnie musiało rokość. Czyli 1206 to element
być spełnione kilka warunków. Elementy (rezystor lub kondensator) o wymiarach 12 x
SMD powinny być dostępne w szerokim 6, a 0603 to wymiary 6 x 3. Ale jakich je-
wyborze. Jednocześnie musiały być też do- dnostek?
stępne wszelkie maszyny i urządzenia nie- Cóż, rzeczywiście test to trochę dziwne -
zbędne w procesie produkcyjnym. Nowe chodzi o dziesiątki milsów. Jeśli jeszcze nie
Zespoły elementów biernych
elementy musiały być produkowane według wiesz, co to jest mils, to zapamiętaj, że jest
firmy Bourns
takich samych, lub zbliżonych standardów, to jedna tysięczna cala. Stąd 10 milsów to 10
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/98 69
SMD
S
M
D
Nie wystarczy dokupić jeszcze jeden auto-
mat do linii produkcyjnej. Jeśli przynajmniej
niektóre elementy mają być bardzo małe, to
wymagana jest wysoka precyzja wykonania
płytki drukowanej, ścieżek, pól kontakto-
wych, itp. Zwiększenie gęstości upakowania
nieodłącznie wiąże się z koniecznością za-
stosowania jeszcze cieńszych ścieżek i je-
szcze mniejszych odstępów między ścieżka-
mi i elementami. Potem nie tylko elementy
Kondensatory elektrolityczne SMD
muszą być umiejscowione precyzyjnie na
swych miejscach (pomyśl z jaką dokładnoś- ści 01005 miałby, powiedzmy, tylko 1mW
cią musi być pozycjonowany element 0201), mocy strat. I to jest kolejna nieprzekraczalna
ale też podczas lutowania nie mogą stwo- bariera miniaturyzacji - przecież niektóre re-
rzyć się mostki cyny pomię- zystory muszą mieć więk-
dzy sąsiednimi ścieżkami czy szą moc strat.
elementami. Czyli krótko mó- Podobnie jest z kon-
wiÄ…c, wraz ze zmniejszaniem densatorami. Tu kluczowe
wymiarów elementów rosną znaczenie ma dielektryk.
wymagania co do precyzji ca- Przy większych napię-
Å‚ego procesu technologiczne- ciach pracy dielektryk mu-
go. si być odpowiednio grub-
Ale nie sÄ… to jedyne barie- szy, a to oznacza zmniej-
ry związane z szaloną miniaturyzacją. Pe- szenie pojemności. Możemy przyjąć z dość
wnych zagadnień nie da się przeskoczyć. dobrą dokładnością, że dla danego dielektry-
Oto przykład. ka iloczyn pojemności i napięcia pracy jest
Gdy ja zaczynałem swą przygodę z elek- dla danej objętości tego dielektryka wartoś-
troniką, my, amatorzy uważaliś- cią stałą. Czyli zwię-
my oporniki MA
T o mocy 0,5W kszając napięcie pra-
za typowe małe rezystory. Tak, w cy, uzyskamy
tamtych czasach rezystory MA
T mniejszą pojemność.
o mocy 0,5W, tak zwane Można to jeszcze bar-
 połówki uważaliśmy za małe, dziej uprościć i po-
a zdobycie  ćwiartki nie było wiedzieć, że dla dane-
wcale łatwe, nie mówiąc o go dielektryka stosu-
 ósemkach . Dziś standardem są nek pojemności przy-
małe oporniki, częstokroć mniejsze od ów- padającej na jednostkę objętości jest wartoś-
czesnych 250-miliwatowych, a mające zna- cią stałą. Nie ma na to rady. Co prawda po-
cznie większą moc strat. szukuje się wciąż nowych materiałów, ale
Jeśli chodzi o rezystory do montażu po- jakiejś specjalnej rewolucji oczekiwać tu nie
wierzchniowego, zmniejszenie wymiarów należy - mamy więc najpopularniejsze w te-
nie jest jedynym celem. Można dziś produ- chnice SMD kondensatory ceramiczne, ma-
kować maleńkie rezy- my elektrolity, za-
story SMD, ale pro- równo tantalowe,
blem polega nie tylko jak i aluminiowe,
Rodzaje obudów SMD:
R
o
d
z
a
j
e
o
b
u
d
ó
w
S
M
D
:
na precyzji montażu. mamy wreszcie
Jak wiadomo, w rezy- kondensatory fo-
1. Tape Automated Bonding
storach przy przepły- liowe.
(TAB)
wie prÄ…du wydziela siÄ™ W przypadku
2.  Gull Wing Flat Package
jakaÅ› moc strat w po- cewek i transfor-
(PLCC, CLCC)
staci ciepła. Jeśli ele- matorów małe wy-
3.  J-lead Flat Package (PLCC,
ment jest bardzo mały, miary nieodłącznie
CLCC)
czyli ma małą powie- wiążą się ze zdol-
4. Chip Pack
rzchnię, z trudem od- nością zmagazyno-
5. Leadless Ceramic Chip Car-
daje to ciepło do otoczenia. Tymczasem wania niewielkiej energii i tym samym małą
rier (LCCC)
postępująca miniaturyzacja doprowadziłaby indukcyjnością. Typowe mikroskopijne ce-
6. Przełączniki SMD
do tego, że wspomniany rezystor o wielko- weczki mają indukcyjność rzędu co najwy-
7. Standard Outline Integrated
Circuits (SOIC)
8. Leadless Plastic Chip Carrier
(LPCC)
9 i 10. Rezystory , kondensatory
i diody
11. Standard Outline Transistors
(SOT)
70 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/98
SMD
S
M
D
żej pojedynczych mikrohenrów, ale w razie W niniejszym artykule nie będziemy wcho-
potrzeby dostępne są też cewki przeznaczo- dzić w (bardzo zresztą ciekawe) szczegóły.
ne do montażu SMD o zna- Wystarczy powie-
cznie większych wymiarach dzieć, że główną rolę
i indukcyjnościach, docho- w odprowadzaniu
dzących do kilku henrów. ciepła z elementów
W tym miejscu należy wy- SMD mają... ścieżki
raz
nie podkreślić, że okreś- płytki drukowanej, a
lenie SMD, niektórym koja- niektóre układy z ele-
rzące się wyłącznie z minia- mentami SMD są
turyzacją, w rzeczywistości montowane nie na
Cewki do 10µH, do 30A
wskazuje nie na miniaturyzację, tylko na  zwykłych płytkach drukowanych z lamina-
sposób montowania elementów - SMD to tu, tylko na przykład na płytkach cerami- określilibyśmy mianem nietypowych. Dziś
przecież elementy montowane powie- cznych, które oprócz posiadania innych cen- bez trudu można nabyć nie tylko układy sca-
rzchniowo. Mogą wśród nich być, i są, pod- nych właściwości dobrze przewodzą ciepło i lone, tranzystory, diody, rezystory i kondensa-
zespoły o większych wymiarach, na przy- znakomicie pomagają rozprowadzić je do oto- tory w wersjach SMD. Liczni producenci pro-
kład właśnie cewki o dużej indukcyjności czenia. Może też zdziwisz się, gdy się do- ponują dziś diody świecące (LED) w wersji
czy tranzystory mocy. wiesz, że dobrze przemyś- SMD, i co może być je-
Na szczególną uwagę zasługują tu ele- lana i dopracowana kon- szcze bardziej zadzi-
menty półprzewodnikowe o większej mocy strukcja układów scalo- wiające, potencjometry
strat. Również i tu tendencja do miniatury- nych SMD pozwala uzys- montażowe, różnego
zacji stoi w jaskrawej i nieprzezwyciężonej kać znacznie mniejszą re- rodzaju przełączniki,
sprzeczności z koniecznością skutecznego zystancję termiczną obudo- cewki indukcyjne,
odprowadzania ciepła. Jak wiadomo, we wy, niż rezystancja tych sa- transformatory a także
wszystkich rzeczywistych układach ciepło mych układów w  klasy- wiele rodzajów złącz.
stanowi niepożądany, a nieunikniony pro- cznych obudowach DIL. Tyle w pierwszej
dukt uboczny. Stosuje się różne chytre spo- Oczywiście cudów nie ma części artykułu, przed-
soby, aby zmniejszyć ilość wydzielanego - w przypadku miniaturo- stawiającej w ogólnym
ciepła, ale w niektórych zastosowaniach nie- wych elementów mamy do czynienia z moca- zarysie elementy do montażu powierzchnio-
wiele da się zrobić i znaczne ilości wydzie- mi rozpraszanymi poniżej 1W, niemniej jed- wego. Za miesiąc zostaną podane informacje
lanego ciepła trzeba skutecznie odprowadzić nak uzyskane parametry termiczne są często- na temat montażu i lutowania, w tym także
do otoczenia, by nie przegrzać elementu lub kroć zadziwiające. cenne wskazówki dotyczące montażu
całego układu. Zadziwiająca jest też historia miniaturyza- ręcznego w warunkach amatorskich.
cji różnych elementów elektronicznych, które Piotr Górecki
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/98 71