电气维修方法论第二十篇（电气元件的规格封装）

为提高修理的效率，电气元件需要从规格封装的角度进行分类并掌握其本质特征和规律，有利于检索其性能参数和掌握拆装技术。电气元件规格封装包括厂家型号、表面标识、封装样式和拆装工艺等因素。
现代电气元件种类繁多、形式多样和日新月异，在电气维修中经常需要根据规格型号和表面标识高效检索电气元件技术资料，提高电气维修效率。除平时收集整理的电气元件技术资料外，还要综合性用好互联网搜索功能，从政府标准化技术网站、生产经销商资料网站或技术社区论坛查找需要的技术资料。还要利用QQ或微信等即时交友工具向经验丰富专业人士咨询相关技术问题。将收集到的电气元件规格型号、表面标识和封装样式资料归纳后汇总成表，逐步建立或更新电气元件技术资料数据库，实现标准化管理。
电气元件的规格型号、表面标识和封装样式之间是多对多的关系，同一规格型号对应多种表面标识和封装样式，同一表面标识对应多种规格型号和封装样式，同一封装样式对应多种规格型号和表面标识。通常电气元件的额定电流、电压或功率越大，其体积越大。
（一）规格型号类
在设计生产电路板时需要根据功能用途找出满足要求的电气元件类和规格型号，进而掌握其工作原理、统一名称、英文简称及标志符号等信息，针对不同用途对应不同的性能参数、表面标识、封装样式和安装方式等技术资料，以后还要包括三维数字模型和仿真运动，方便计算机演示或验证其特征和规律。
不同国家和生产商的电气元件规格型号编制标准不同。国家（如中国、日本、美国和欧洲）编制了普通电气元件的统一名称、英文简称和标志符号和规格型号通用标准库，虽然有利于企业标准化生产，但是不能及时收录最新电气元件。知名电气元件生产商有自产电气元件的专用符号和规格型号编制标准，规格型号库中包含最新产品资料，但是产品类型有限。
中国通用标准
不同类型的电气元件规格型号编制标准不同。
国产电阻规格型号由四部分组成（主称、材料、分类、序号），不适用于敏感电阻。
国产电容规格型号由四部分组成（名称、材料、分类、序号），不适用于压敏、可变、真空电容器。
国产半导体元件规格型号由五部分（场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分）组成。第一部分：用数字表示半导体器件有效电极数目（如：2－二极管、3－三极管）；第二部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性（表示二极管时：A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三极管时：A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料）；第三部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的内型（P－普通管、V－微波管、W－稳压管、C－参量管、Z－整流管、L－整流堆、S－隧道管、N－阻尼管、U- 光电器件、K－开关管、X－低频小功率管（F < 3MHz,Pc < 1W)、G－高频小功率管（f > 3MHz,Pc < 1W）、D－低 频大功率管（f <3MHz,Pc > 1W）、A－高频大功率管（f > 3MHz,Pc > 1W）、T－半导体晶闸管（可控整流器）、 Y－体效应器件、B－雪崩管、J－阶跃恢复管、CS－场效应管、BT－半导体特殊器件、FH－复合管、PIN-PIN型管、JG－激光器件）；第四部分：用数字表示序号；第五部分：用汉语拼音字母表示规格号
（二）表面标识类
在使用维护时需要按表面标识和封装样式查找电气元件所属类型和规格型号，进而掌握其功能用途和工作原理。表面标识通常用丝印或激光打标技术印在电气元件本体上。
相同表面标识对应不同规格型号和封装样式的电气元件。表面标识是直观区分电气元件的重要标志，应该全部或部分包含产品简称、规格型号、重要参数、引脚起点和商标等信息，是查找其所属类型和功能用途的索引。表面标识除了采用字符、数字外还有色环、特殊符号等标识方式，分为含有性能参数信息的直接标识和不含性能参数信息的间接标识。
直接标识
直接标识受早期使用习惯影响，有多种形式，通常用在标准电气元件上。直接标识能够直接描述电气元件关键技术参数。
直标法：用数字和单位符号在电气元件表面标出主要参数，其允许误差直接用百分数表示，若电气元件上未注偏差，则均为±20%。常用于电容、电感等电气元件。
文字符号法：用字符标识生产商、元件代码、版本和日期用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示主要参数，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数值，后面的数字依次表示第一位小数值和第二位小数值。表示允许误差的文字符号：D、F、G、J、K、M允许偏差分别为：±0.5%、±1%、±2%、±5%、±10%、±20%。常用于电容、电感等电气元件。
色环标识法：用不同颜色的带或点在电气元件表面标出主要参数值和允许偏差。常用于色环电阻、电感等电气元件。
黑－0、棕－1、红－2、橙－3、黄－4、绿－5、蓝－6、紫－7、灰－8、白－9、金－±5%、银－±10%、无色－±20%。
当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字，第三位为10的指数，第四位为偏差。
当电阻为五环时，最后一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字，第四位10的指数，第五位为偏差。
数字标识法：如果是三位数字，前两位数代表的是电气元件主要参数的实数，第三位开始的数字是10的指数（100就为10欧、101为100欧）。常用于贴片电阻。
如果是四个数字，前三位数代表的是电气元件主要参数的实数，第四位开始的数字是10的指数（1001为1K、1002为10K）。
间接标识
间接标识通常为文字符号，包含生产商和元件的代码。以间接标识为索引在生产商元件库中查询电气元件的技术资料。常用于半导体元件和集成电路。
（三）封装样式类
外形样式相同的电气元件有统一的外观名称和规格尺寸，归纳汇总成封装表。通过查询封装表掌握电气元件的封装样式，既方便设计制造时选择外形样式合适的电气元件，也方便修理时选择合理的电气元件拆装方案。
电气元件的外形样式由内部本体和外观形状组成。本体是实现电气元件功能的核心。外观形状包括引脚和保护层组成，统称为封装。引脚是对外电气连接的金属脚。保护层常用材料有金属、塑料、陶瓷和玻璃等，通过密封保护电气元件本体，防止空气杂质氧化和腐蚀本体造成电气元件损坏。
封装使电气元件的外形样式标准化，方便设计制造或使用维护电路时安装固定电气元件，增强散热性能，方便线路连接和利于运输和管理。封装质量指标有：本体中内核面积与封装面积越接近越好，在满足功能、引脚数量和散热条件下，封装面积、厚度和质量越小越好；引脚要尽量短和相邻之间间距尽量远，以保证互不干扰；多引脚电气元件的电源引脚和公共端引脚要有一定间距，降低引脚间短路的概率。
同类封装根据引脚数量和功率大小分为多个系列。电气元件引脚至少有一个引脚，引脚越多电气元件功能越复杂。引脚信息包括引脚数量、引脚起点、排序方向等信息。除了部分元件有特殊起点标志外，电气元件引脚通常采用数字排序，按其表面标识面朝上放正，从顶向下看，最左下角引脚为第一引脚，其它引脚按从左至右或逆时针方向依次排序，再根据其规格型号查询每个引脚电气功能。
因为标准化管理的需要，收集不同形式的封装资料并建立封装库，包含封装名称、尺寸、形状、焊点位置、引脚（数量、起点、排序、间距和长度）等信息，方便修理时拆装电气元件。
电气元件封装类型分为插入式封装和表面粘贴式封装两大类。
插入式封装（THT）
属于传统电气元件的封装方式，体积较大，安装稳固，可靠性高。插入式封装的本质特征是电气元件引脚较长，引脚通过PCB板过孔后焊接于PCB板背面。
AXIAL系列封装主要用于电阻类和电感类的电气元件。
RAD系列封装主要用于无极电容类的电气元件。
RB系列封装主要用于电解电容类的电气元件。
DIODE系列封装主要用于二极管类的电气元件。
TO系列封装主要用于三极管类的电气元件。
DIP系列双列直插式封装，引脚从封装两边引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，适用于引脚不宜过多集成电路等。
SIP系列单列直插式封装，引脚从封装一个侧面引出，排列成一条直线。安装到PCB板后封装呈侧立状。适用于定制的厚膜电路。
PGA系列插针网格阵列式封装，其底面垂直引脚呈矩阵状排列，适用于引脚众多的大规模集成电路。
表面粘贴式封装（SMT）
是现代电气元件主流封装形式，适用于体积小，集成度高，引脚多的电气元件，采用表面粘贴焊接后固定在印制电路板（PCB）上。贴片式封装的本质特征是电气元件本体和引脚与PCB板同面，引脚形式有长引线、短引线、无引线贴装和球状凸点。
0402系列为无引脚二端分立元件封装，包括0201、0402、0603、0805、1206、1812等，数字越小其功率和体积越小，常用于电阻、电容、电感和二极管等元件。
SOP系列为两边有脚封装，脚向外张开（鸥翼型引脚）。派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形三极管、场效应管）、SOIC（小外形集成电路）等。
PLCC系列为四边有脚封装，零件脚向零件底部弯曲。具有体积小、可靠性高的优点。
QFP系列为四边有扁平引脚封装，零件脚向外张开（J 型引脚），芯片引脚之间距离很小，管脚很细，缩小了高度和体积，适合对空间要求较高，引脚数较多的集成电路。
BGA系列为球栅阵列封装，随着集成电路复杂度不断提高，功耗增大，引脚数急剧增加。BGA系列为元件表面无脚，其引脚成球状矩阵排列于零件底部，适用于引脚众多的大规模集成电路。
（四）拆装工艺类
使用维护中测量或更换电气元件时，经常需要拆装电气元件。电气元件按引脚数量分为单端元件、双端元件、多端元件。电气元件引脚越多拆装难度越大。根据每个电气元件封装、体积、质量、发热和连接固定方式不同，常采用机械压接、热熔和超声波焊接等办法进行固定连接。
固定和连接分开的电气元件
机械压接分为螺丝螺杆连接和插座固定连接。对体积大、质量重，发热量大和机械振动强的电气元件通常采用螺丝螺杆连接固定，一般先在专用衬板（绝缘板或钢板）或结构（机柜或机架）上固定（机械压接或热熔固定）电气元件，再采用螺丝螺杆或热熔连接其引脚和导线。对体积小、质量轻，发热量低的电气元件常采用插座进行连接固定。
固定和连接结合的电气元件
PCB（Printed Circuit Board）又称印刷线路板，由不同材质的衬板（绝缘和支撑）、敷铜层（导电）、阻焊层（保护）、丝印层（封装投影图）用粘合剂加热压制成一体，是电气元件固定和电气连接的重要部件。把绝缘板上满层覆盖铜皮的PCB板称为空白PCB板。根据敷铜层数量PCB板可分为单面板、双面板和多层板，每层之间用过孔或盲孔连接，用焊盘连接电气元件引脚，衬板固定电气元件。PCB板采用曝光印刷和化学腐蚀的工艺去掉多余铜皮，剩下铜皮作为电气元件引脚之间连接线进行布线，再通过焊接安装固定电气元件形成PCB电路板。PCB电路板用最小面积和最低成本把大量电气元件的电气引脚连接起来，缩小元件分布面积，提高装配效率。早期电气元件集成度低，多采用插入式封装，其本体和引脚焊点分布在PCB板两面。现代电气元件集成度高，多采用贴片式封装，其本体和引脚焊点分布在PCB板同面。
对插入式和贴片式封装的电气元件，一般用锡焊将电气元件引脚直接连接固定在PCB板上。生产制造时自动安装设备采用超声波或波峰焊技术将其连接固定在PCB板上。修理时常采用电烙铁或热风枪拆装电气元件。
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