SMD-резисторы: устройство и назначение

Резистор – пассивный элемент электрических цепей, обладающий определенным сопротивлением. С его помощью в электронике и электротехнике ограничивают ток или получают необходимые параметры напряжения. SMD-резисторы – это мелкие электронные компоненты, разработанные для поверхностного монтажа на печатную плату.

Ранее при сборке радиоэлектронной аппаратуры осуществлялся навесной монтаж элементов или их продевание в печатную плату через предусмотренные отверстия. SMD-резисторы изготавливаются с контактными выводами, с помощью которых крепятся непосредственно на токопроводящую дорожку электронной схемы. Процесс может быть частично или полностью автоматизирован.

Характеристики

Такие миниатюрные резисторы прекрасно подходят для поверхностного монтажа. Маркировка позволяет узнать типоразмер, мощность и сопротивление изделия.

По форме СМД-резисторы бывают прямоугольными, квадратными, круглыми, овальными, профиль – низкий. Низкопрофильные элементы размещаются на плате очень компактно и существенно экономят полезную площадь.

SMD-резисторы классифицируют по ряду параметров, таких как:

• Номинальное сопротивление. Эта величина измеряется при определенных параметрах внешней среды, важнейшим из которых является температура. Обычно номинальным считается сопротивление, измеренное при температуре +20 °C и нормальном атмосферном давлении.
• Допуск на номинальное сопротивление. Возможные допуски – от 0,05 до +5 %. Наиболее популярные и доступные по цене детали с допусками +/-1 % и +/-5 %. Более точные модели приходится предварительно заказывать, и стоят они значительно дороже менее точных аналогов.
• Температурный коэффициент изменения сопротивления (ТКС). Этот параметр характеризует обратимое относительное изменение сопротивления детали при колебании температуры на 1 °C. Температурные изменения детали возможны из-за перепадов температуры окружающей среди или саморазогрева резистора. Единица измерения этой величины – ppm. Современные SMD-резисторы производят с ТКС, значение которого находится в пределах +/-5…+/-200 ppm. Если для составления схемы используются детали одного производителя, то значения их номинальных сопротивлений и ТКС ближе друг к другу, чем это отражено в паспорте на каждую деталь. Поэтому использование деталей одного производителя позволяет улучшить точность схемы как при постоянной температуре, так и при ее изменениях.
• Мощность рассеивания. Этот параметр зависит от размера, его определяют по таблице.

Типовые размеры SMD-резисторов

Размеры и форму этих деталей определяет нормативный документ JEDEC. На корпус наносится маркировка, которая сообщает о длине и ширине резистора в дюймах. Это наиболее распространенный вариант, используемый производителями, поставщиками, продавцами.

Например, маркировка 0804 означает, что длина детали равна 0,08 дюйма, а ширина – 0,04 дюйма. В системе СИ размеры указываются в миллиметрах. Для перевода в миллиметры дюймы умножают на 2,54. Обозначение резистора 0804 в системе СИ – 2010. Длина – 2,0 мм, ширина – 1,0 мм.

Для подбора нужного вида детали, расшифровки кодов можно воспользоваться калькулятором SMD-резисторов или специальной программой «Резистор». С их помощью можно узнать номинальное сопротивление имеющегося резистора или, наоборот, выяснить, как выглядит маркирорвка для нужного номинала.

Каждый размер SMD-резистора имеет определенную максимальную рассеиваемую мощность.

Типы маркировки SMD-резисторов

Резисторы для поверхностного монтажа – детали очень маленьких размеров, поэтому стандартная система, применяемая на проволочных сопротивлениях, для данного случая не подходит. Детали 0402 не маркируются, а резисторы остальных типоразмеров обозначаются различными, специально для них разработанными способами. Выбор конкретного варианта зависит от типоразмера и допуска.

Маркировка из трех или четырех цифр

Резисторы с допусками 2 %, 5 %, 10 % всех типоразмеров имеют обозначения, в которых первые две или три цифры характеризуют численное значение номинального сопротивления. Последняя – это множитель, показывающий, в какую степень необходимо возвести 10, чтобы получить окончательный результат. Например, 103 означает номинал 10 000 Ом или 10 кОм.

В обозначении резисторов с номинальным сопротивлением менее 10 Ом используется буква R, которая ставится на месте десятичной запятой. Например, 0R5 – обозначает номинальное сопротивление 0,5 Ом.

Маркировка из двух цифр и одной буквы

Этот вариант применяется для прецизионных (очень точных деталей с допуском по сопротивлению 1 % и менее), которые отличаются очень маленькими габаритами. Их маркируют в соответствии со стандартом EIA-96.

Такая маркировка состоит из двух элементов:

• цифры – характеризуют код номинального сопротивления резистора;
• буква – определяет множитель, показывающий степень, в которую необходимо возвести 10, чтобы получить конечный результат.

Маркировка с цифрами в начале и буквой после них может использоваться для деталей с допусками 2 %, 5 %, 10 %. Расшифровка таких маркировок осуществляется по таблицам.

Что такое SMD-резистор – внутреннее устройство

Данный прибор состоит из керамической подложки с нанесенным на нее резистивным слоем из определенного материала и контактных площадок, а также защитного покрытия (полимер, смола, стекло). Сопротивление слоя зависит от типа материала и его толщины. Разные составляющие элементы могут быть выполнены из хрома, никеля, олова, оксидов рутения, серебра или палладия, а также различных сплавов.

В конструкцию СМД-резистора входят:

• Подложка, изготовленная из диэлектрика с хорошей теплопроводностью – оксида алюминия.
• Резистивный слой – тонкая металлическая (хромовая) или оксидная пленка (оксид рутения) толщиной до 10 мкм. Материал резистивного слоя имеет низкий ТКС, обеспечивающий стабильность параметров при изменении температуры и возможность изготавливать прецизионные резисторы. Для изготовления деталей номинальным сопротивлением менее 100 Ом для резистивного слоя используется константан. Резистивный элемент определяет большинство электрических свойств SMD-резистора.
• Контактные площадки. Их формируют из нескольких слоев. Внутренний слой изготавливают из драгметаллов – палладия или серебра. Промежуточный слой – никелевый, наружный – свинцово-оловянный. Использование этих материалов обеспечивает идеальную связанность слоев, которая определяет надежность контактов и уровень шумов.

Состав резистивного слоя, характер его обработки, технология нанесения на подложку чаще всего являются ноу-хау производителя и держатся в строжайшей тайне.

Применение SMD-резисторов

Такие изделия позволяют эффективно решать различные задачи:

• ограничение тока;
• подтяжка портов ввода-вывода;
• включение в конструкцию полосовых фильтров низких и высоких частот;
• деление напряжения.

Технология поверхностного монтажа SMD-резисторов

Монтаж поверхностных резисторов в любительских мастерских осуществляется с помощью фена, а в производственных условиях происходит в специальных печах.

Этапы монтажа деталей на плату в серийном и массовом производстве:

• На плате размещают небольшие прокладки из серебра или золота, свинцово-оловянные пластины, на которых будут закрепляться SMD-компоненты.
• С помощью машины на подготовленные монтажные площадки наносится паяльная паста и смесь, состоящая из флюса и припоя.
• После подготовки печатной платы в устройство (Pick-машину) подаются компоненты в лотках, на рулонах ленты или в трубках. Затем машины размещают их на плате. Производительность оборудования может достигать 60 000 элементов в час.
• Собранная плата поступает в печь с температурой, достаточной для расплавления припоя.
• После извлечения из печи платы охлаждают и очищают от рассеянных частиц припоя.

Качество проверяют визуальным осмотром, в ходе которого определяют отсутствующие детали и степень очистки.

Разработка и внедрение технологии поверхностного монтажа (SMT) позволили автоматизировать процесс сборки плат и ускорить его, сделать проще, дешевле и эффективней. На практике может встречаться гибрид технологий поверхностного и сквозного монтажа.

Применение резисторов поверхностного монтажа положительно сказывается на массе и размерах радиоэлектронных устройств, на их частотных параметрах.