Surface-mounted device - Was ist SMD ?
Oberflächenmontierte Bauteile (engl. Surface-mounted device, Abkürzung SMD) sind ein häufig verwendeter Begriff in der Elektronikindustrie. SMD-Bauteile unterscheiden sich deutlich von durchkontaktierten Bauteilen oder Durchsteckbauteilen, da sie keine Drahtanschlüsse haben und direkt auf einer Leiterplatte mit lötbarer Pad- oder Beinbefestigung angebracht werden, was zu einer flachen Montage führt.
Surface-mounted device: Die SMD-Technologie
Konventionelle Bauteile (THT) erfordern, dass ihre Anschlussdrähte durch Montagelöcher geführt und auf der Rückseite der Leiterplatte gelötet werden. Dieser Prozess ist bei der Bestückung von SMD-Bauteilen nicht nötig, was hochdichte Layouts und die doppelseitige Bestückung von Leiterplatten ermöglicht. Zusätzlich verbessern sich die elektrischen Eigenschaften bei höheren Frequenzen. Die Bauteile werden für die Montage einfach in die vorher mit Lötpaste benetzten Anschlussflächen gelegt und durch Erhitzung (typ. 200–250 °C) verlötet. Außerdem haben SMD-Komponenten kleinere Abmessungen, was die Miniaturisierung und kostengünstigere Designs ermöglicht.
Was sind die Vorteile von SMD?
Der Einsatz von Bauteilen in SMD-Bauform ist heute zum Standard geworden – und das hat seine Gründe. Die Vorteile im Vergleich zu konventionellen Bauteilen überwiegen:
- Automatisierte Fertigung: Die Bestückung von SMD-Komponenten kann weitgehend automatisiert werden, was zu effizienterer und kostengünstigerer Elektronikfertigung führt. Automatisierte Bestückungs- und Lötprozesse ermöglichen eine schnellere Produktion und höhere Produktionskapazität.
- Platzersparnis: SMD-Komponenten sind in der Regel kleiner als Durchsteckmontage-Komponenten, was zu erheblichen Platzersparnissen auf der Leiterplatte führt. Dies ermöglicht den Bau von elektronischen Geräten und Systemen auf kompaktere Weise.
- Niedrigere Kosten: Surface-mounted devices sind oft günstiger herzustellen als ihre Durchsteckmontage-Äquivalente, sowohl aufgrund automatisierter Fertigung als auch niedrigerer Materialkosten.
- Gewichtsreduzierung: Durch die Verwendung von kleineren und leichteren Bauteilen reduziert das Gesamtgewicht des Produkts. Dies ist besonders vorteilhaft für tragbare Geräte und mobile Anwendungen wie Mobilgeräte.
- Höhere Leistungsdichte: Platzersparnis und Gewichtsreduzierung ermöglichen eine höhere Leistungsdichte auf der Leiterplatte. Dadurch können mehr Funktionen und Komponenten auf einer kleineren Fläche untergebracht werden, was die Funktionalität und Leistung des Produkts verbessert.
- Bessere Hochfrequenzeigenschaften: Surface-mounted devices haben kürzere Verbindungen und geringere parasitäre Effekte. Dies führt zu besseren Hochfrequenzeigenschaften, die besonders wichtig sind bei Anwendungen wie drahtloser Kommunikation, HF-Verstärkern und Hochfrequenzschaltungen.
- Verbesserte elektrische Eigenschaften: Die kürzeren Verbindungen und geringere Induktivität können zu verbesserten elektrischen Eigenschaften wie geringerem Übersprechen, geringerer Signalverzerrung und besserer Signalintegrität führen.
Nachteile von Surface-mounted devices
Auch wenn diese Technologie heutzutage durchgängig Ihren Einsatz findet, entstehen durch dessen Verwendung auch einige Nachteile:
- Erschwerte Qualitätskontrolle: Einige Bauformen haben ihre Anschlußflächen nicht sichtbar, ganz oder teilweise, unter dem Bauteilkörper. Das erschwert die visuelle Kontrolle, z.B. mittels AOI und macht den Einsatz eines Röntgensystems notwendig.
- Komplexität bei Reparaturen: SMD sind oft kleiner und haben eine dichtere Anordnung auf der Leiterplatte, was die Reparatur erschwert. Zum Entlöten und Ersetzen sind spezialisierte Ausrüstung und Fähigkeiten erforderlich, was die Reparaturkosten erhöhen kann.
- Höhere Anfälligkeit für elektrostatische Entladung (ESD): Aufgrund ihrer geringen Größe sind SMD-Bauteile während der Handhabung und Montage anfälliger für Schäden durch elektrostatische Entladung. Dies erfordert spezielle Vorsichtsmaßnahmen und ESD-Schutzmaßnahmen während des Herstellungsprozesses.
- Wärmeableitung: Aufgrund ihrer geringen Größe und Montage auf der Leiterplatte können Probleme mit der Wärmeableitung auftreten, insbesondere in Hochleistungsanwendungen. Dies kann zu thermischen Problemen führen und die Lebensdauer beeinträchtigen.
- Anfälligkeit für mechanischen Stress: Oberflächenmontierte Bauteile sind im Vergleich zu Durchkontaktierungs-Komponenten empfindlicher gegenüber mechanischem Stress. Dies kann insbesondere in Umgebungen mit starken Vibrationen oder Stoßbelastungen zu Schäden führen.
- Verfügbarkeit von spezialisiertem Equipment: Das Montieren und Reparieren eines Surface-mounted device erfordert spezielle Ausrüstung wie Pick-and-Place-Maschinen, Reflow-Öfen und Mikroskope zur Inspektion. Dies kann den Zugang zu dieser Technologie für kleinere Unternehmen oder Hobbyisten schwieriger machen.
- Eingeschränkte Auswahl an Hochleistungskomponenten: Für Anwendungen mit extrem hohen Leistungsanforderungen oder spezifischen Funktionen können SMD-Komponenten im Vergleich zu größeren, konventionellen Teilen möglicherweise nicht die erforderliche Leistung oder Auswahl bieten.
SMD-Bauformen
Die Bauformen, die heute auf dem Markt erhältlich und im Einsatz sind, bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten und lassen sich grob in verschiedene Kategorien einteilen:
passive SMD Bauelemente
Die wohl meist eingesetzte Art ist die Chip-Bauform. Die quarderförmigen Bauteile besitzen oft zwei Anschlüsse und werden für passive Bauteilarten, wie Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten eingesetzt.
| SMD-Chip-Bauformen | |||
| metrisch | Zoll | Länge/mm | Breite/mm |
| 402 | 1005 | 0,4 | 0,2 |
| 603 | 201 | 0,6 | 0,3 |
| 1005 | 402 | 1 | 0,5 |
| 1608 | 603 | 1,6 | 0,8 |
| 2012 | 805 | 2 | 1,2 |
| 2550 | 1020 | 2,5 | 5 |
| 3216 | 1206 | 3,2 | 1,6 |
| 3225 | 1210 | 3,2 | 2,5 |
| 3146 | 1218 | 3,1 | 4,6 |
| 3164 | 1225 | 3,1 | 6,4 |
| 3528 | 1411 | 3,5 | 2,8 |
| 4520 | 1808 | 4,5 | 2 |
| 4532 | 1812 | 4,5 | 3,2 |
| 5025 | 2010 | 5 | 2,5 |
| 5750 | 2220 | 5,7 | 5 |
| 6032 | 2312 | 6 | 3,2 |
| 6330 | 2512 | 6,3 | 3 |
| 7343 | 2917 | 7,3 | 4,3 |
| 7361 | 2924 | 7,3 | 6,1 |
aktive SMD Bauelemente
Die Anzahl an verschiedenen SMD-Bauformen für aktive Bauteile ist weitreichend. Hier ein kleiner Überblick über die gängigsten Arten:
| Bezeichnung u. Abwandlungen | Englisch | Verwendung |
| SOT | Small Outline Transistor | Transistoren |
| SOIC | Small Outline Integrated Circuit | integrierte Schaltkreise |
SOP
|
Small Outline Package
|
kleine integrierte Schaltkreise |
| PLCC | Plastic Leaded Chip Carrier | integrierte Schaltkreise mit 20-84 Pins |
QFP
|
Quat Flat Package
|
integrierte Schaltkreise mit 32-200 Pins |
