ППУМРЭС Бобылкин / 2_8

2.8. Дискретные чип-элементы

Элементная база для поверхностного монтажа включает в себя обширную номен­клатуру дискретных (рассыпных) элементов самого разного назначения, которые изготавливаются различными производителями по несогласованным стандартам, что создает массу трудностей для конструкторов. Например, одинаковые элемен­ты разных фирм могут иметь различные размеры при одной и той же маркировке, поэтому монтаж каждого элемента требует индивидуального решения (о размерах и расположении контактных площадок). Единственное, что безоговорочно принято всеми сторонниками поверхностного монтажа, - применение только прямоугольных контактных площадок без переходных отверстий.

Отечественная промышленность выпускает различные чип-элементы:

• резисторы Pl-11, P1-12 и Р1-39 мощностью от 0,062 до 1,0 Вт. Длина их зависит от номинальной мощности и находится в пределах 1,0-6,3 мм, ширина 0,8-3,2 мм, высота - 0,35-2,2 мм;

• подстроечные резисторы РП1-75 и РШ-82 мощностью 0,125 и 0,25 Вт с размерами 3,6х4,2x1,6 и 3,6x4,2х3,3 мм соответственно;

• подстроечные резисторы РП1-83 мощностью 0,25 Вт с размерами 4,5х4,5х2,65 мм;

• конденсаторы К10-17в, К10-17-4в, К10-43в, К10-47в, К10-50в, К10-56 и К10-73. Длина их (в зависимости от номинала и группы ТКЕ) колеблется от 1,5 до 8 мм, ширина - от 1,4 до 3,2 мм, высота - от 1,0 до 4,5 мм. Из этого перечня следует обратить внимание на конденсатор К10-17-4в, который разработан для автоматизированной установки и имеет только один типоразмер корпуса. Допуск на все его размеры составляет ±0,2 мм, что значительно меньше, чем у всех остальных. Номинальные значения конденсатора находятся в интервале от 22 пФ до 0,15 мкФ;

• электролитические танталовые конденсаторы К53-37, К53-42 и K53-46. Их длина составляет от 3,2 до 8,5 мм, ширина - от 1,6 до 4,5 мм, высота - от 1,6 до 4 мм. Номинальная емкость - в пределах 0,033-100 мкФ, рабочее напряжение - 3,2-50 В;

• транзисторы в корпусах КТ-46. Например: КТ3129, КТ3130, КТ3151, КТЗ158, КТ3170, КТ3171, КТ3172, КТ3173, КТ3176, КТ3179,2Т385, 2Т3129 и 2Т3130;

• диодные сборки в корпусах КТ-46. Например: КД629, КД704, КД706, КД707,КД803, 2Д706, 2Д707 и 2Д803;

• варикапы в корпусах КТ-46. Например: КВ122, КВ130, КВ144, КВ156, KB157 и KB158.

На этом список выпускаемых отечественными производителями элементом в корпусах, допускающих монтаж на поверхность, не ограничивается.

При выборе отечественных чип-элементов (резисторов и конденсаторов) следует помнить, что большинство из них выполнено в неизолированном варианте.

Зарубежные производители предлагают более широкую номенклатуру чип-элементов. Кроме конденсаторов и резисторов имеются индуктивности, электролитические конденсаторы, диоды, стабилитроны, переключатели и другие элементы.

Размеры контактных площадок для установки (пайки) чип-элементов зависят от конструктивных размеров каждого из них. При разработке КПМ следует учитывать не только габариты элемента, но и наличие капли припоя, которая образуется в месте пайки (см. рис. 2.25). Эта капля при правильной пайке должна иметь вогнутую форму галтели.

Рис. 2.25

Ширина контактной площадки при любом способе пайки обычно делается на 0,2 мм больше соответствующего размера элемента (но 0,1 мм на сторону). По длине площадка должна выступать из-под элемента. Величина выступа зависит от способа пайки. Если предполагается пайка волной, то этот размер должен быть не менее 0,7 мм. С другой стороны, увеличение размера сверх 1 мм нецелесообразно: припой растекается, и капля большого размера (катет более 1 мм) не образуется.

При пайке в печи необходимо, чтобы контактная площадка выступала из-под элемента приблизительно на 0,3 мм. Доза припоя ограничена по объему, и на боль­ших поверхностях он будет растекаться, не образуя капли.

Металлизированная поверхность чип-элемента должна ложиться на контакт­ные площадки, частично перекрывая их. Величина перекрытия зависит от разме­ров металлизации на концах элемента, которая колеблется у разных элементов от 0,2 до 0,5 мм и зависит от способа пайки. При пайке в печи элемент по возможно­сти должен всей металлизацией лежать на контактных площадках. В случае пай­ки волной размер перекрытия может быть сокращен и даже сведен до нуля (с уче­том допусков на компонент и возможного его смещения при монтаже).

В целом контактные площадки рассыпных чип-элементов и микросхем мало отличаются друг от друга. Их крайне желательно располагать в узлах координат­ной сетки проектирования, то есть межцентровые расстояния площадок должны быть согласованы с шагом проектирования печатной платы.

Выбирая конкретные размеры для контактных площадок, можно ориентировать­ся на рекомендации фирмы Philips, являющейся европейским лидером в этой обла­сти. За океаном законодателем выступает фирма Hewlett Packard, разработки кото­рой легли в основу американского стандарта IPC-SM-782.

На рис. 2.26 для сравнения представлены КПМ только одного резистора, взятые из различных рекомендаций и источников (см. табл. 2.3). Расхождение в обозначении и размерах свидетельствует, о том, что вопросы монтажа на поверхность еще до конца не решены и возможны различные интерпретации этой проблемы.

ГОСТ 29137-91 предусматривает возможность устанав­ливать на печатные платы элементы с осевыми выводами по технологии поверхностного монтажа (см. рис. 2.27), для чего выводы элементов формуются соответствующим образом (варианты формовки: 070, 071, 080, 081 и др.).

Рис. 2.26

Таблица 2.3

Элемент	Размеры
	L	h	с	а	b	s
Резистор 1608 по IPC-SM-782	1,7	0,6	0,95	1,1	1	1,7
Резистор 0603 по рекомендации фирмы Philips пайка в печи	1,7	0,55	0,95	0,6	0,9	1,5
пайка волной				0,9	0,8	1,8
Резистор 1608 по рекомендации МКВП "Радуга" пайка в печи	1,7	0,6	0,95	0,7	1,1	2,1

Рис. 2.27

Кроме двухвыводных элементов, устанавливаемых на поверхность, встречаются и маломощные транзисторы, которые монтируются по технологии поверхностного монтажа, например отечественный транзистор КТ368А9. Монтаж таких устройств ничем не отличается от монтажа микросхем с планарными выводами (см. рис. 2.28).

Рис. 2.28

Применение элементов поверхностного монтажа и микро­схем с шагом выводов 0,5 мм и менее требует использования печатных плат только высоких классов точности (4-го и 5-го), иначе преимущества поверхностного монтажа не будут реализованы. К тому же диаметр металлизированных отверстий не должен превышать 0,4 мм. Для этих целей требуются платы толщиной не более 1,5-2 мм, а в многослойных платах не может быть более восьми - десяти слоев.

Широко распространенная и относительно простая тех­нология металлизации сквозных отверстий, применяемая для МПП, плохо сочетается с технологией поверхностного монтажа. Дело в том, что сквозные металлизированные отверстия как таковые совершенно не нужны для поверх­ностного монтажа. В тех конструкциях, где элементы запаивались в металлизированные отверстия (микросхемы в DIP-корпусах), это было естественным совмещением двух технологий. При поверхностном монтаже сквозные металлизированные отверстия не только не нужны, но и вредны. Именно поэтому здесь следует применять многослойные печатные платы, изготавливаемые совершенно другими способами, например по технологии послойного наращивания или методом ПАФОС. Последний вариант предполагает выращивание проводящего рисунка (медных проводников) на промежуточном носителе (на листе из нержавеющей стали) и перенос его на диэлектрик. Таким образом можно последовательно набрать слои МПП.

Другая проблема связана с маркировкой. Миниатюризация аппаратуры и значительное повышение плотности монтажа элементов привели к тому, что на поверхности платы не остается свободного места для выполнения традиционной маркировки. К этому следует прибавить, что автоматизированная пайка не допус­кает маркировки на контактных площадках. Кроме того, для полного исключения возможности попадания маркировки на контактные площадки ее следует выпол­нять (в номинале) не ближе 0,5 мм от края защитной маски. От этого проблема только усугубляется. В результате получается, что ее физически негде разместить. В данной ситуации разработчики склонны отказаться от маркировки подобных плат и сохранить лишь минимальный объем основных маркировок (иногда услов­ных). Напомним, что согласно ГОСТ 2.314-68 они содержат условный шифр из­делия и заводской номер. Из дополнительной (вспомогательной) маркировки на печатной плате можно оставить только знаки полярности (знаки "плюс"), хотя при полном отсутствии всей остальной информации, в том числе позиционных обозначений, необходимость в этих знаках отпадает сама собой. Совершенно очевидно, что в состав сопроводительной (эксплуатационной и ремонтной) доку­ментации необходимо вводить рисунки или чертежи, несущие полную информа­цию о расположении и позиционных обозначениях всех элементов, включая знаки полярности, нумерацию контактов и т.д.

Приведем несколько общих правил, относящихся к компоновке элементов на печатной плате. Главное - соблюдать минимальные расстояния между дискретными элементами:

• между неизолированным корпусом элемента и выводом другого элемента - 1 мм;

• между изолированным корпусом элемента и выводом другого элемента - 0,5 мм.

И еще:

• необходимо увеличить расстояние между выводами и неизолированным корпу­сом, находящимися под высоким напряжением. В данном случае речь идет о воз­душном зазоре между элементами, а также должны быть выдержаны расстояния между печатными проводниками, находящимися под высоким потенциалом;

• элементы, подбираемые при настройке, не рекомендуется запаивать непосредственно на печатную плату. Лучше использовать монтажные лепестки или контакты, чтобы исключить многократные перепайки на плате. Металлизи­рованные отверстия и диэлектрики очень чувствительны к резким перепадам высоких температур.