Loop vandaag de dag een willekeurig elektronicalaboratorium binnen en je zult er SMD-componenten (Surface Mount Devices) aantreffen. Deze kleine onderdelen zijn moeilijk met het blote oog te zien, maar vormen de ruggengraat van alle apparatuur die je gebruikt. Begrijpen hoe je deze componenten kunt herkennen en gebruiken, is een van de essentiële vaardigheden die je als PCB-engineer moet leren.
Met deze handleiding leert u de belangrijkste soorten SMD-componenten, componentafmetingen en -codes kennen, en hoe u de juiste component selecteert voor uw PCB-ontwerp.
Wat zijn SMD-componenten?
SMD-componenten zijn elektronische componenten die direct op het oppervlak van een printplaat (PCB) worden gemonteerd. Ze kenmerken zich door hun compacte formaat en zijn de eerste keuze in de moderne elektronica-industrie.
Voordelen en beperkingen van SMD-componenten
Oppervlaktemontagecomponenten bieden een aantal nuttige voordelen:
- Ze zijn licht van gewicht en compact, waardoor ze de voorkeur genieten in draagbare apparaten en apparaten met beperkte ruimte.
- Kan aan beide zijden van printplaten worden gemonteerd om de lay-outdichtheid te verhogen.
- De productie-efficiëntie verbeteren door integratie in geautomatiseerde processen.
Er zijn echter ook beperkingen verbonden aan SMD-componenten:
- Ze zijn lastig handmatig in elkaar te zetten omdat ze zo klein zijn, en er is professioneel gereedschap voor nodig.
- Deze onderdelen zijn lastig te controleren en te repareren.
- Niet geschikt voor toepassingen met hoog vermogen of extreme omstandigheden.
SMD-componenten versus Through-Hole (THT)-componenten
Vóór de komst van SMD gebruikten ingenieurs voornamelijk THT-componenten. Tot op de dag van vandaag spelen beide een onmisbare rol in de moderne elektronica-industrie. Wat zijn dan precies de verschillen tussen beide? Bekijk de onderstaande tabel:
| Kenmerk | SMD | THT |
| Grootte | Compact, lichtgewicht | Groter, zwaarder |
| PCB-ruimte | Bevestigingspunten aan beide zijden | Enkelzijdig |
| Montage | Sterk geautomatiseerd | Handmatig of semi-automatisch |
| soldering | Reflow solderen | Golf- of handsoldeertechniek |
| Mechanische kracht | Lager, trillingsgevoelig | Hoger, robuuster |
| Warmtedissipatie | Beperkt | Betere |
| Herstel en reparatie | Moeilijk, vereist gereedschap | Met de hand makkelijker |
| Kosten | Lager op schaal | Hogere arbeidskosten |
Verder lezen: Doorgaand gat versus opbouwmontage: hoe kiest u de juiste methode?
Veelvoorkomende SMD-componenttypen
Hoewel er honderden SMD-varianten bestaan, gebruiken de meeste schakelingen dezelfde basiscomponenten. Dit zijn de varianten die je het vaakst tegenkomt:
Passieve SMD-componenten
Allereerst moeten we weten wat passieve SMD-componenten zijn: dit zijn componenten die geen externe stroombron nodig hebben. Ze kunnen energie in een circuit opslaan, afvoeren of zelfs filteren. Veelvoorkomende typen SMD-componenten zijn onder andere:
- Weerstanden
SMD-weerstanden worden gebruikt om de hoeveelheid elektrische stroom in een circuit te regelen en te beperken. De eenheid ervan is ohm (Ω) en het weerstandsbereik loopt van 1 Ω tot 10 MΩ.
Populaire weerstandstypen zijn onder andere dikfilmweerstanden, dunfilmweerstanden en stroommeetweerstanden.
- Condensatoren
Condensatoren zijn een van de belangrijkste componenten die in printplaten worden gebruikt om elektrische energie op te slaan, ruis te filteren en de spanning te stabiliseren. Hun waarde wordt gemeten in farad (F), hoewel de meeste een capaciteitswaarde hebben in het bereik van 1 pF tot 100 µF. Veelvoorkomende typen SMD-condensatoren zijn keramische condensatoren, tantaalcondensatoren, filmcondensatoren en elektrolytische condensatoren.
- Inductors
De functies van SMD-inductoren zijn het opslaan van energie in een magnetisch veld, het filteren van signalen en het omzetten van vermogen. Hun waarde wordt gemeten in henry (H) en hun inductantie varieert normaal gesproken van 1 nH tot 1000 µH. Veelgebruikte typen inductoren zijn onder andere draadgewonden inductoren, meerlaagse inductoren en ferrietkraalinductoren.
Actieve SMD-componenten
Actieve componenten moeten door een externe stroombron van stroom worden voorzien om hun functies te kunnen uitvoeren. De volgende drie actieve componenten worden het meest gebruikt:
- Diodes
Diodes worden in printplaten gebruikt om de stroom te regelen, waardoor de stroom slechts in één richting vloeit. Ze spelen een cruciale rol in circuitbeveiliging en energiebeheer. De meest voorkomende soorten diodes zijn de gelijkrichterdiode, Schottky-diode, Zenerdiode en LED-diode.
- Transistors
De printplaten gebruiken SMD-transistoren voor het schakelen en versterken van elektrische signalen, die de kern vormen van analoge en digitale circuits. Voorbeelden van veelvoorkomende typen transistoren zijn: BJT's, MOSFETs en IGBTs.
- Geïntegreerde schakelingen (IC's)
Geïntegreerde schakelingen (IC's) integreren meerdere elektronische componenten in één chip; daardoor kunnen ze complexe functies uitvoeren in een compact formaat. Ze worden beschouwd als het hart van een elektronisch systeem. Veelgebruikte typen IC's zijn onder andere microcontrollers (MCU's), operationele versterkers (op-amps), logische IC's en IC's voor energiebeheer.
Samenvatting van SMD-componenten
De onderstaande tabel geeft een snel overzicht van de meest voorkomende SMD-componenten die worden gebruikt bij het ontwerpen en assembleren van printplaten.
| Bestanddeel | Functie | Algemene pakketten | Typische toepassingen |
| Weerstanden | Stroom beperken, spanning regelen | 0402, 0603, 0805 | Stroombegrenzing, spanningsdelers |
| Condensatoren | Energie opslaan, ruis filteren | 0402, 0603, 0805 | Ontkoppeling, filtering, signaalkoppeling |
| Inductors | Magnetische energie opslaan | 0603, 0805 | DC-DC, EMI-filtering |
| Diodes | Sta eenrichtingsstroom toe. | SOD-123, SOD-323 | Rectificatie, bescherming |
| Transistors | Schakel/versterk signalen | SOT-23, SOT-223 | Schakelen, versterking |
| IC's | Processignalen, besturingsoperaties | SOIC, QFN, BGA | Verwerking, controle |
SMD-pakketformaten en -codes
Oppervlaktemontagecomponenten worden op verschillende manieren verpakt, met uiteenlopende afmetingen en codes die hun elektrische waarden aangeven. Het is voor ingenieurs essentieel om te leren hoe ze deze belangrijke parameters kunnen herkennen.
Standaard SMD-pakketformaten
SMD-componenten worden doorgaans gecodeerd met vier cijfers die de lengte en breedte van de componenten in inches aangeven. De code "0402" betekent bijvoorbeeld dat de lengte 0.04 inch en de breedte 0.02 inch is. De onderstaande tabel geeft meer voorbeelden ter verduidelijking:
| Pakket | Inches | millimeter | Typisch gebruik |
| 01005 | 0.01 × 0.005 | 0.4 × 0.2 | Ontwerpen met ultrahoge dichtheid, draagbare apparaten |
| 0201 | 0.02 × 0.01 | 0.6 × 0.3 | PCB's met hoge dichtheid, mobiele apparaten |
| 0402 | 0.04 × 0.02 | 1.0 × 0.5 | Consumentenelektronica, compacte ontwerpen |
| 0603 | 0.06 × 0.03 | 1.6 × 0.8 | Algemene circuits |
| 0805 | 0.08 × 0.05 | 2.0 × 1.25 | Gemiddeld vermogen, eenvoudigere montage |
| 1206 | 0.12 × 0.06 | 3.2 × 1.6 | Hoger vermogen, thermische stabiliteit |
SMD-weerstandcodes
Er zijn twee manieren om de waarde van weerstanden te coderen:
- Driecijferige code (meest voorkomend): de eerste twee cijfers zijn de significante cijfers en het derde cijfer is de vermenigvuldiger. Bijvoorbeeld:
103 = 10 × 10³ = 10 kΩ
472 = 47 × 10² = 4.7 kΩ
- Viercijferige code (precisieweerstanden): de eerste drie cijfers zijn significante cijfers en het vierde cijfer is de vermenigvuldiger. Bijvoorbeeld: 1001 betekent 100 × 10¹, dus de weerstandswaarde is 1 kΩ.
Het EIA-96 alfanumerieke coderingssysteem wordt ook gebruikt op sommige precisieweerstanden.
SMD-condensatorcodes
Veel kleine SMD-condensatoren zijn te klein om te worden gemarkeerd. Indien er wel codes aanwezig zijn, gebruiken deze een driecijferig systeem waarbij de eerste twee cijfers de significante cijfers zijn en het laatste cijfer de vermenigvuldigingsfactor in picofarads aangeeft.
104 = 10 × 10⁴ pF = 100 nF
225 = 22 × 10⁵ pF = 2.2 µF
In de praktijk vertrouwen ingenieurs vaak op datasheets of materiaallijsten om de waarden van condensatoren te bepalen.
SMD-inductorcodes
In tegenstelling tot weerstanden en condensatoren zijn de markeringen van spoelen niet gestandaardiseerd. Verschillende fabrikanten gebruiken verschillende codes; sommige gebruiken codes van drie cijfers en andere van vier cijfers. Daarom is het noodzakelijk om het specificatieblad van het component te raadplegen om de juiste waarden te garanderen.
Als je dit tot nu toe hebt gelezen, vraag je je misschien af: hoe kan ik onderscheiden of een "code" een afmeting of een waarde aangeeft? Welnu, de SMD-pakketgroottecodes staan niet op de componenten zelf afgedrukt. Deze codes worden gebruikt in stuklijsten (BOM's). De code die je op de componenten ziet, geeft de elektrische waarden aan.
Hoe SMD-componenten te identificeren
Bij het analyseren van een onbekende printplaat is een vergrootglas of inspectiemicroscoop je beste vriend. Maar het kunnen lezen van de kleine markeringen is al een goede eerste stap. Veel componenten geven aanwijzingen op basis van hun markeringen, polariteit en behuizingstype:
- SMD-weerstanden: Deze componenten zijn meestal gemarkeerd met 3- of 4-cijferige codes en hebben doorgaans een rechthoekige vorm. Het zijn niet-gepolariseerde componenten.
- SMD-condensatoren: Tantaalcondensatoren zijn meestal gemarkeerd met een driecijferige code en een polariteitsmarkering (een streepje dat de positieve pool aangeeft). De meeste keramische condensatoren hebben echter geen markeringen, dus voor de identificatie van dergelijke componenten is het nodig om het datasheet te raadplegen.
- SMD-diodes: Aan één kant gemarkeerd met een streepje (kathode). Deze markeringen helpen bij het bepalen van de stroomrichting.
- SMD-transistoren: Transistoren worden doorgaans gemarkeerd met codes van 2-3 tekens, zoals A1C of 2N, en worden verpakt in SOT-23- of SC-70-behuizingen. Deze codes zijn meestal fabrikantspecifiek.
Als de onderdeelmarkeringen niet zichtbaar zijn, kan het meten van de afmetingen van de behuizing aanwijzingen geven over het type component en de waarden op basis van industriestandaarden. Daarnaast is het altijd raadzaam om de stuklijst, schema's of componentgegevensbladen te controleren voor een nauwkeurige identificatie.
Het solderen en assembleren van SMD-componenten
SMD-assemblage: Het maakt doorgaans gebruik van Surface Mount Technology (SMT) en omvat over het algemeen de volgende 4 stappen:
Stap 1: Soldeerpasta printen
Het aanbrengen van soldeerpasta op de contactpunten van de printplaat met behulp van SMT-stencilswaarbij ervoor gezorgd wordt dat het soldeer nauwkeurig wordt aangebracht op de plek waar de oppervlaktemontagecomponenten gesoldeerd zouden worden.
Stap 2: Oppakken en plaatsen
Hier zouden SMT-machines de componenten op de juiste posities op de printplaat plaatsen op basis van het ontwerpbestand.
Stap 3: Reflow-solderen
Vervolgens werden de printplaten met de componenten erop in een reflow-oven geplaatst om het soldeer te smelten. Na afkoeling hardde het soldeer uit en vormde het stabiele soldeerverbindingen.
Stap 4: Inspectie en kwaliteitscontrole.
De laatste stap is het controleren van de kwaliteit van de SMD-soldeerverbindingen, en AOI (Automated Optical Inspection). X-ray inspectie Deze inspecties worden doorgaans uitgevoerd om zichtbare en onzichtbare gebreken te controleren.
Hoewel de meeste SMD-componenten met behulp van SMT worden geassembleerd, is handmatig solderen nog steeds nodig bij het prototypen en repareren van bepaalde componenten.
Hoe kies je SMD-componenten?
Hieronder volgen drie belangrijke aandachtspunten bij het kiezen van de juiste SMD-componenten voor uw printplaatontwerp:
- Elektrische kenmerken
Het is belangrijk ervoor te zorgen dat de belangrijkste specificaties van componenten, zoals weerstand, capaciteit, inductantie, spanningswaarde en vermogenswaarde, aan uw eisen voldoen. Voor condensatoren geldt dat de werkspanning lager moet zijn dan 80% van de nominale waarde; voor weerstanden is het raadzaam een vermogen te kiezen dat minstens tweemaal zo hoog is als het verwachte vermogen om betrouwbaarheid op lange termijn te garanderen.
- Afmetingen
Het component moet passen op de beschikbare ruimte op uw printplaat. De meeste ontwerpen beginnen doorgaans met standaardcomponenten zoals de 0603 of 0805, die eenvoudig te monteren zijn en een compact formaat hebben. Als de ruimte beperkt is, kunt u overwegen om de 0201 te gebruiken.
- Betrouwbaarheid en milieu
Zorg ervoor dat de bedrijfstemperatuur van de SMD's overeenkomt met uw toepassing. Als deze componenten worden gebruikt in consumentenelektronica, is het verstandig om componenten te kiezen die werken bij temperaturen tussen 0 °C en 70 °C. Als ze worden gebruikt in ve veeleisende omgevingen, kies dan componenten die bestand zijn tegen dergelijke extreme temperaturen.
Veelgestelde Vragen / FAQ
Wat is het verschil tussen SMT en SMD?
Surface Mount Device (SMD) is de naam van het component zelf, terwijl Surface Mount Technology (SMT) het proces en de methode is die wordt toegepast om deze SMD-componenten op een printplaat te monteren.
Zijn SMD-componenten beter dan doorsteekcomponenten?
Ze zijn meer geschikt voor productie met hoge dichtheid en geautomatiseerde productie, terwijl THT een betere mechanische sterkte heeft. Er is geen absolute "betere" optie; de keuze hangt af van uw toepassing.
Kunnen SMD-componenten met de hand gesoldeerd worden?
Ja, ze kunnen met de hand gesoldeerd worden, maar dat vereist oefening en het juiste gereedschap, zoals een soldeerbout met fijne punt, soldeervloeistof en een pincet.
Hoe herken ik een SMD-component?
Oppervlaktegemonteerde componenten zijn te herkennen aan hun markeringen, behuizingsgrootte en fysieke kenmerken. Daarnaast kunt u de datasheet van het component raadplegen.
