آشنایی با قطعات الکترونیکی SMD

اگر تا به حال یک برد الکترونیکی مدرن را از نزدیک دیده باشید، احتمالا متوجه قطعات بسیار ریزی شده‌اید که مستقیما روی سطح سبز رنگ برد چسبیده‌اند. این قطعات کوچک، که با نام قطعات الکترونیکی SMD شناخته می‌شوند، انقلابی در طراحی و تولید دستگاه‌های الکترونیکی ایجاد کرده‌اند. از گوشی هوشمند شما گرفته تا کامپیوتر و تجهیزات صنعتی، همگی به این فناوری وابسته‌اند. در این نوشته، به صورت دقیق و ساده به معرفی قطعات SMD می‌پردازیم، با انواع آن‌ها آشنا می‌شویم و تفاوت‌هایشان را با نسل قدیمی‌تر قطعات بررسی می‌کنیم تا درک کاملی از این اجزای کوچک اما مهم پیدا کنید.

قطعات SMD چیست؟

عبارت SMD مخفف Surface Mount Device به معنی «قطعه نصب سطحی» است. همان‌طور که از نامش پیداست، این قطعات برای نصب مستقیم روی سطح برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده‌اند. برخلاف قطعات قدیمی‌تر که پایه‌های سیمی بلندی داشتند و باید از سوراخ‌های روی برد عبور می‌کردند (تکنولوژی Through-Hole)، قطعات الکترونیکی SMD پایه‌های بسیار کوتاه یا حتی پدهای فلزی در زیر خود دارند که مستقیما به پدهای مسی روی سطح برد لحیم می‌شوند.

این روش نصب، که به آن تکنولوژی نصب سطحی یا SMT (Surface Mount Technology) می‌گویند، به طراحان اجازه می‌دهد تا از هر دو طرف برد مدار چاپی استفاده کنند و تعداد بسیار بیشتری قطعه را در فضای کمتری جای دهند. نتیجه این فرآیند، ساخت دستگاه‌هایی کوچک‌تر، سبک‌تر و با عملکرد بهتر است. در حقیقت، کوچک شدن ابعاد تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و بسیاری از گجت‌های امروزی، مدیون وجود همین قطعات SMD است. این قطعات دیگر نیازی به سوراخکاری برد ندارند که این موضوع هم فرآیند تولید را سریعتر و هم هزینه‌ها را در تولید انبوه کمتر می‌کند.

انواع قطعات الکترونیکی SMD

دسته بندی انواع قطعات SMD شباهت زیادی به قطعات الکترونیکی معمولی دارد، اما تفاوت اصلی در شکل ظاهری و بسته‌بندی (Package) آن‌هاست. این قطعات به دو گروه اصلی «فعال» و «منفعل» تقسیم می‌شوند که هر کدام زیرمجموعه‌های خود را دارند. شناخت این دسته‌بندی به درک بهتر عملکرد مدار کمک زیادی می‌کند.

قطعات SMD منفعل (Passive)

قطعات منفعل یا پسیو، عناصری هستند که خودشان انرژی تولید نمی‌کنند و تنها انرژی را مصرف، ذخیره یا تلف می‌کنند. این قطعات ساختار ساده‌تری دارند و ستون‌های اصلی هر مدار الکترونیکی را تشکیل میدهند.

• مقاومت‌های SMD: این مقاومت‌ها برای محدود کردن جریان الکتریکی به کار می‌روند و از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی SMD هستند. معمولا به رنگ مشکی با کدهای عددی سفید رنگ روی آن‌ها شناخته می‌شوند. این کدها مقدار مقاومت را نشان می‌دهند؛ برای مثال، کد “472” به معنای ۴۷ به همراه دو صفر است، یعنی ۴۷۰۰ اهم یا ۴.۷ کیلواهم. مقاومت‌های شبکه‌ای یا آرایه‌ای نیز وجود دارند که چندین مقاومت را در یک بسته بندی جای داده‌اند و برای صرفه‌جویی در فضا استفاده میشوند.

کد اندازه (Size Code)	ابعاد (میلی‌متر)	کاربرد رایج
0201	0.6 x 0.3	دستگاه‌های بسیار کوچک مانند ساعت‌های هوشمند
0402	1.0 x 0.5	تلفن‌های همراه و ماژول‌های فشرده
0603	1.6 x 0.8	مدارهای عمومی و تجهیزات مصرفی
0805	2.0 x 1.25	نمونه‌سازی و مدارهایی با مونتاژ دستی
1206	3.2 x 1.6	مدارهای تغذیه و کاربردهای با توان بالاتر

برای تهیه و خرید انواع مقاومت کلیک کنید.

• خازن‌های SMD: وظیفه اصلی خازن‌ها ذخیره انرژی الکتریکی است و برای فیلتر کردن نویز یا تثبیت ولتاژ استفاده می‌شوند. خازن‌های سرامیکی SMD، که معمولا به رنگ قهوه‌ای یا کرم و بدون علامت هستند، بسیار رایج‌اند. نوع دیگر، خازن‌های تانتالیوم هستند که ظرفیت بالاتری دارند و دارای پلاریته (قطب مثبت و منفی) هستند. یک نوار رنگی روی این خازن‌ها قطب مثبت را مشخص می‌کند. خازن‌های الکترولیتی SMD نیز شبیه یک قوطی استوانه‌ای کوچک هستند و برای ظرفیت‌های بسیار بالا در منابع تغذیه به کار میروند.

برای خرید خازن با قیمت مناسب کلیک کنید.

• سلف‌های SMD: سلف‌ها انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره می‌کنند و برای فیلتر کردن سیگنال‌ها در مدارهای فرکانسی و منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌شوند. ظاهر آن‌ها میتواند متفاوت باشد؛ بعضی شبیه مقاومت اما با رنگی متفاوت هستند و برخی دیگر سیم‌پیچ‌های مشخصی دارند که روی یک هسته پیچیده شده‌اند.

جهت تهیه و خرید سلف با کیفیت بالا کلیک کنید.

قطعات SMD فعال (Active)

قطعات فعال میتوانند سیگنال الکتریکی را کنترل یا تقویت کنند. این قطعات عملکرد پیچیده‌تری دارند و مغز پردازشی مدارها به حساب می‌آیند.

• دیودهای SMD: دیودها جریان را تنها از یک جهت عبور می‌دهند. دیودهای یکسوساز، زنر (برای تثبیت ولتاژ)، شاتکی (برای سرعت بالا) و دیودهای نورانی یا LED همگی در بسته‌بندی‌های SMD موجود هستند. یک خط کوچک روی بدنه دیود، جهت کاتد (قطب منفی) را نشان می‌دهد.

همچنین برای تهیه و خرید دیود کلیک کنید.

• ترانزیستورهای SMD: این قطعات به عنوان سوئیچ یا تقویت‌کننده سیگنال عمل می‌کنند و از مهم‌ترین قطعات الکترونیکی SMD در مدارهای دیجیتال و آنالوگ هستند. ترانزیستورها معمولا سه پایه دارند و در پکیج‌های معروفی مانند SOT (Small Outline Transistor) بسته‌بندی می‌شوند.

همچنین برای تهیه انواع ترانزیستور روی خرید ترانزیستور کلیک کنید.

• مدارهای مجتمع (IC) SMD: مدارهای مجتمع یا آی‌سی‌ها، مجموعه‌ای از هزاران یا میلیون‌ها ترانزیستور و قطعه دیگر هستند که در یک تراشه کوچک جای گرفته‌اند. آشنایی با قطعات SMD بدون شناخت پکیج‌های متنوع آی‌سی‌ها کامل نمی‌شود. پکیج‌هایی مانند SOIC (Small Outline Integrated Circuit) با پایه‌هایی در دو طرف، QFN (Quad Flat No-leads) با پدهایی در زیر قطعه، و BGA (Ball Grid Array) با گوی‌های لحیم در زیر آن، از رایج‌ترین انواع هستند که امکان اتصال تعداد زیادی پایه در فضایی کوچک را فراهم می‌کنند.

جهت تهیه و خرید آی سی با بهترین قیمت کلیک کنید.

تفاوت قطعات SMD و قطعات DIP

شاید این سوال برای شما پیش بیاید که قطعات SMD چیست و چه فرقی با قطعات پایه‌دار قدیمی (DIP یا Through-Hole) دارد؟ اگرچه عملکرد الکتریکی یک مقاومت SMD با یک مقاومت DIP یکسان است، تفاوت‌های ساختاری و کاربردی مهمی بین این دو نسل از قطعات وجود دارد که انتخاب بین آن‌ها را برای طراحان مشخص می‌کند. این تفاوت‌ها تنها به ظاهر محدود نمیشوند و بر فرآیند تولید، هزینه و عملکرد نهایی دستگاه اثرگذار هستند.

مهم‌ترین تفاوت، روش نصب آن‌هاست. قطعات DIP پایه‌های بلندی دارند که از سوراخ‌های روی برد عبور کرده و از سمت دیگر لحیم می‌شوند. این فرآیند به فضای زیادی نیاز دارد و استفاده از دو طرف برد را محدود می‌کند. در مقابل، قطعات الکترونیکی SMD مستقیما روی سطح برد لحیم می‌شوند و نیازی به سوراخکاری ندارند. این ویژگی باعث می‌شود تراکم قطعات روی برد به شدت افزایش یابد. در جدول زیر این تفاوت‌ها به شکل خلاصه آمده است.

ویژگی	قطعات SMD (نصب سطحی)	قطعات DIP (پایه‌دار)
روش نصب	روی سطح برد مدار چاپی (PCB)	از طریق سوراخ‌های روی برد
اندازه و وزن	بسیار کوچک و سبک	بزرگ و سنگین‌تر
تراکم در مدار	بسیار بالا، امکان استفاده از دو طرف برد	پایین، محدود به یک طرف برد
فرآیند مونتاژ	مناسب برای مونتاژ خودکار و سریع (SMT)	مونتاژ کندتر، گاهی نیازمند دخالت دست
عملکرد فرکانس بالا	بهتر به دلیل نبود پایه‌های بلند و اندوکتانس کمتر	ضعیف‌تر به دلیل اثرات انگلی پایه‌ها
تعمیر و نمونه‌سازی	تعمیر و تعویض دستی دشوارتر است	تعمیر و نمونه‌سازی دستی بسیار آسان‌تر است
هزینه تولید	در تیراژ انبوه ارزان‌تر	در تیراژ پایین و نمونه‌سازی ارزان‌تر

مزایا و معایب قطعات SMD

استفاده گسترده از قطعات الکترونیکی SMD در صنعت الکترونیک به دلیل مزایای فراوان آن‌هاست، اما این تکنولوژی بدون چالش هم نیست. درک این نقاط قوت و ضعف به ما کمک می‌کند تا بدانیم چرا در بعضی مدارها همچنان از قطعات پایه‌دار استفاده می‌شود.

نقاط قوت قطعات SMD

• کاهش اندازه و وزن: این بزرگترین مزیت SMD است. قطعات کوچکتر به معنی بردهای کوچکتر و در نهایت دستگاه‌های سبک و قابل حمل هستند.
• افزایش تراکم قطعات: چون نیازی به سوراخکاری برد نیست و می‌توان از هر دو روی آن استفاده کرد، طراحان می‌توانند مدارهای بسیار پیچیده‌تری را در فضای کمتری طراحی کنند.
• تولید سریع و ارزان: فرآیند مونتاژ خودکار (SMT) بسیار سریع‌تر از مونتاژ قطعات پایه‌دار است. این سرعت بالا در تولید انبوه، هزینه نهایی محصول را به شکل چشمگیری کاهش می‌دهد.
• عملکرد بهتر در فرکانس‌های بالا: پایه‌های بلند قطعات DIP مانند آنتن‌های کوچکی عمل می‌کنند و در فرکانس‌های بالا باعث ایجاد نویز و اختلال می‌شوند. قطعات SMD به دلیل اتصالات کوتاه، عملکرد الکتریکی بسیار بهتری در این شرایط دارند.

چالشها و محدودیتها

• تعمیر دشوار: لحیم‌کاری و تعویض دستی قطعات SMD، به خصوص آی‌سی‌های با پایه‌های زیاد یا پکیج‌های BGA، بسیار سخت است و به ابزارهای مخصوصی مانند هیتر هوای گرم و مهارت بالا نیاز دارد.
• نمونه‌سازی سخت: برای ساخت نمونه‌های اولیه یا مدارهای آزمایشی، کار با قطعات پایه‌دار روی بردهای سوراخ‌دار (برد بورد) بسیار آسان‌تر است.
• تحمل توان و ولتاژ محدود: به دلیل اندازه کوچک، این قطعات معمولا نمیتوانند توان یا ولتاژ بالایی را تحمل کنند. به همین دلیل در بخش‌های قدرتی منابع تغذیه یا درایورهای موتور، هنوز هم از قطعات پایه‌دار بزرگتر استفاده می‌شود.
• استرس حرارتی: تفاوت در ضریب انبساط حرارتی بین قطعه و برد PCB می‌تواند در طول زمان و با تغییرات دمایی، باعث ترک خوردن اتصالات لحیم شود.

جمع بندی

فناوری نصب سطحی و قطعات الکترونیکی SMD بدون شک چهره صنعت الکترونیک را برای همیشه تغییر داده‌اند. این قطعات کوچک به ما اجازه داده‌اند دستگاه‌هایی بسازیم که زمانی در حد تخیل بودند: کامپیوترهایی در جیب ما، ساعت‌هایی که ضربان قلب را اندازه میگیرند و سیستم‌هایی که با سرعت بالا داده‌ها را پردازش می‌کنند. با وجود چالش‌هایی مانند تعمیر دشوار، مزایای بی‌شمار آن‌ها از جمله کاهش اندازه، هزینه و بهبود عملکرد، استفاده از آن‌ها را به یک استاندارد جهانی تبدیل کرده است. درک انواع قطعات SMD و ویژگی‌های آن‌ها، یک دانش بنیادی برای هر علاقه‌مند یا متخصص در حوزه الکترونیک است.

از اینکه تا پایان این مقاله با جم ترونیک، به عنوان مرجع تخصصی و بزرگترین ارائه‌دهنده انواع ماژول‌ها، سنسورها و قطعات الکترونیک در ایران، همراه بودید صمیمانه سپاسگزاریم. امیدواریم این معرفی جامع، دید روشنی از دنیای قطعات الکترونیکی SMD به شما داده باشد.

سوالات متداول

• قطعات SMD چه تفاوتی با قطعات DIP یا THT دارند؟

تفاوت اصلی در نحوه نصب است. قطعات SMD روی سطح برد لحیم می‌شوند، در حالی که قطعات DIP پایه‌هایی دارند که از سوراخ‌های برد عبور می‌کنند. این تفاوت باعث کوچکتر شدن، افزایش تراکم و بهبود عملکرد SMD می‌شود.

• آیا تعمیر و تعویض قطعات SMD دشوارتر از قطعات معمولی است؟

بله، به دلیل اندازه بسیار کوچک و پایه‌های ظریف، تعمیر و تعویض آن‌ها به مهارت، دقت و ابزارهای خاصی مانند هویه هوای گرم، پنس‌های مخصوص و لوپ (ذره‌بین) نیاز دارد و از کار با قطعات پایه‌دار سخت‌تر است.

• برای لحیم‌کاری قطعات SMD به چه ابزارهایی نیاز داریم؟

برای کار حرفه‌ای، به هویه هوای گرم (هیتر)، خمیر قلع، پنس آنتی استاتیک و مایع فلاکس نیاز است. برای کارهای ساده‌تر یا قطعات بزرگتر مانند مقاومت‌ها و خازن‌های سایز 0805، میتوان از هویه‌های معمولی با نوک نازک نیز استفاده کرد.

• آیا میتوان از قطعات SMD در مدارهای قدرتی استفاده کرد؟

به طور کلی، این قطعات برای کاربردهای با توان پایین طراحی شده‌اند. با این حال، انواع خاصی از ماسفت‌ها، مقاومت‌ها و دیودهای SMD با بسته‌بندی‌های ویژه وجود دارند که برای تحمل جریان و توان بالاتر بهینه شده‌اند، اما همچنان محدودیت‌های بیشتری نسبت به همتاهای پایه‌دار خود دارند.