更小的元件的优点和缺点

时间:2023-11-21
  无论设计师是否愿意,它们每年都在缩小并带来新的挑战。我们能做的就是努力了解并降低风险,同时充分利用收益。
  考虑到这一点,这里概述了与使用较小组件相关的一些主要好处和风险。
  优点:更小的整体电路板
  较小的电气元件的一个明显好处是它们可以使用更小的电路板。无论这是否允许将令人难以置信的功能集成到您的智能手表或无线耳机中,还是启用诸如植入式起搏器或除颤器之类的救生设备,更小的电路板都在推动创新。有些人甚至说可吞咽电路是医学的未来。如今,令人惊叹的电路设计可以适应任何地方。
  风险:组装更困难
  随着组件变得越来越小,可靠地组装它们变得越来越困难。安装 01005 封装电阻器所需的焊膏量实际上是微小的,并且控制起来可能很困难。较小的元件更有可能被贴片机放错位置、从烤箱中的电路板上脱落,或者从回流焊炉中取出时被墓碑化。技术的进步一直在努力跟上元件尺寸缩小的步伐。
  优点:更高密度的电路板
  较小元件的另一大好处是电路密度。一平方英寸的 PCB 空间可以容纳比以往更多的电路。例如,在过去的几十年里,手机实际上并没有变得更小,但其中包含的电路和功能的数量却呈指数级增长。人体工程学通常决定产品的形状和尺寸,而 PCB 上更高的元件密度只会在相同的旧空间中提供更多功能。
  风险:测试、返工和修复
  当人眼看不见的部件时,返工是极其困难的。如果您曾经试图找到丢失在工作台上的 0201 电阻,或者在发现可能丢失的电阻时尝试测量其电阻,您就会明白我的意思。
  如今,如果没有一两台 3D 显微镜,任何电子实验室都是不完整的。按照零部件尺寸不断缩小的速度,它们不会长期成为品——它们将成为必需品。
  优点:可以降低电路功耗
  随着过去一两年电池供电电子设备的大量增加,人们越来越需要更低功耗的电路。无线耳塞或远程传感器等产品中微型电路板上的微型组件可以在微安电流下运行,从而使某些产品具有多天的电池寿命。组件和电路板的物理尺寸与其运行所需的功率之间存在非常强的相关性。
  风险:需要较低的功率电路
  能够以较低功率运行的另一面是较小的组件无法消耗较高的功率。如果您需要设计一个消耗更高功率的电路,则可能无法使用微小的元件。较小的元件额定功率较低,因此当微小元件无意中承受超出其承受能力的功率、电涌甚至 ESD(静电放电)时,它们很容易被损坏。
  封装(英制)额定功率(瓦)过载电压 (V)质量(g/1000个)
  010051/32300.04
  02011/20500.15
  04021/101000.8
  06031/101502.0
  08051/82004.0
  12061/440010
  数据来源于 松下
  优点:降低寄生效应的影响
  寄生电感、电阻和电容效应通常是物理几何形状的函数。寄生元件是不需要的但构成所有电导体的材料所固有的电路元件。较小的元件具有较低的寄生效应。由于寄生效应的影响在高频下更加严重,因此较小的元件为超高速应用提供了显着的优势。
  风险:锡晶须等。
  不幸的是,当零件小型化时,它们之间以及引线之间的间距也往往会缩小。这引起了人们对冶金问题的新关注。金属在微观层面上以奇怪的方式表现。某些金属(例如许多无铅焊料中使用的锡)会出现晶须生长,从而导致电气短路。
  这不仅仅是理论上的。2005年,康涅狄格州的一座核电站因电路板锡须引起的误报而关闭。随着间距缩小,这些问题的影响就会更大。
  优点:材料的长期可用性
  构成电子电路板和元件的材料在范围内供不应求。地球上的电子产品供应有限,但人类生产的电子产品数量每年都在持续增长。因此,较小元件的一大好处是它们消耗的材料更少。1个0402电阻的质量与20个01005电阻的质量相同。随着较小的组件变得越来越流行,并且随着组装过程变得更加强大,它们将变得更加可用。

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