(SMD, deutsch: oberflächenmontiertes Bauelement) ist ein englischsprachiger Fachbegriff aus der Elektronik. SMD-Bauelemente haben im Gegensatz zu THT-Bauelementen der Durchsteckmontage (, THT), den bedrahteten Bauelementen (, THD), keine Drahtanschlüsse, sondern werden mittels lötfähiger Anschlussflächen oder -beinchen direkt auf eine Leiterplatte gelötet (Flachbaugruppe). Die dazugehörige Technik ist die Oberflächenmontage (, SMT).

mini|Blick auf die Oberseite einer Platine mit reiner SMD-Bestückung

Übersicht mini|Entlöten eines SMD: beide Lötstellen müssen simultan erhitzt werden

Während die Anschlussdrähte konventioneller Bauelemente durch Bestückungslöcher geführt werden und auf der Rückseite der Leiterplatte (oder über Innenlagen) verlötet werden müssen (Durchkontaktierung), entfällt dies bei SMD-Bauelementen. Dadurch werden sehr dichte Bestückungen und vor allem eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte möglich. Die elektrischen Eigenschaften der Schaltungen werden speziell bei höheren Frequenzen positiv beeinflusst. Der Platzbedarf der Bauelemente verringert sich. Dadurch können die Geräte kleiner und zugleich wesentlich kostengünstiger hergestellt werden.

SMDs werden nach der Herstellung in Gurten, Stangenmagazinen oder auf Blister-Trays transportiert und mit Automaten auf Leiterplatten bestückt. Eine manuelle Bestückung ist bei kleinen Stückzahlen möglich. Die Anschlussflächen für die SMD-Bauteile auf den Platinen werden vor dem Bestücken mittels Schablonendruck (lasergeschnittene Lotpastenmaske) oder mittels maschinellem Auftragen mit Lotpaste bedeckt. Anschließend werden die Bauteile aufgesetzt. Nach dem Bestücken werden die SMD-Bauteile mit Wärme gelötet. Für die Oberseite einer Platine hat sich dafür das Reflow-Verfahren durchgesetzt. SMD-Bauteile auf der Unterseite einer Leiterplatte werden aufgeklebt und im Wellen- oder Schwallbad gelötet.

Die Miniaturisierung der SMT-Bauteile macht es schwieriger, die Lötqualität von Leiterplatten mit SMDs mit dem bloßen Auge oder mit Hilfe eines Mikroskops zu kontrollieren. Es wird Bildverarbeitung (AOI-Systeme, englisch: ) eingesetzt, die nicht nur Bestückungsfehler, sondern teilweise auch Lötfehler erkennen kann. Nicht erkennbar für die AOI sind Lötfehler bei QFN, Ball Grid Array und ähnlichen Bauteilen, die keine sichtbaren konkaven Lotflächen zeigen.

Für Handbestücker ergibt sich durch die SMT der Nachteil, dass sich manche SMT-Bauteile nur sehr schwer ohne Maschinen oder entsprechendes Know-how verlöten lassen. Mit Pinzette, einer feinen Lötspitze und 0,5-mm-Lötzinn, alternativ mit einem Heißluft-Lötkolben (dann Pads vorbeloten oder Lotpaste auftragen) und einer Lupenbrille, eventuell einem Stereomikroskop, lassen sich jedoch viele Baugrößen verarbeiten. Die Bestückung ist teilweise sogar schneller als bei Handbestückung bedrahteter Bauteile, da die Bauteilvorbereitung jener (Ablängen, Biegen, Fixieren) entfällt. Die Verwendung klassischer Lochrasterkarten und Streifenrasterkarten ist für Versuchsaufbauten oder Prototypen nur eingeschränkt möglich. Geeignete Laborkarten und Adapter sind jedoch im Handel erhältlich oder selbst herstellbar.

Das Recycling von Bauelementen aus Altgeräten ist durch schwierige Entlötbarkeit und die teilweise mehrdeutige oder nicht vorhandene Kennzeichnung bei SMT schwieriger.

Geschichte Entwicklung der Oberflächenmontagetechnik (SMT) Die Oberflächenmontagetechnik wurde in den 1960er-Jahren von IBM entwickelt und fand ihre ersten Anwendungen in den Computern der Saturn- und Apollo-Missionen.spaceaholic.com, Artifact: Digital Computer Memory and Circuit Boards, LVDC, Saturn IB/V Guidance, Navigation and Control, spaceaholic.com Begründet wurde diese Entwicklung mit den beengten Raum- und Platzverhältnissen in den Raumkapseln sowie mit der Reduzierung der Schaltungsimpedanz zur Erhöhung der Schaltfrequenzen.

mini|SMT-Bestückungslinie mit Bestückautomat (links) und Lötstation (Mitte)

In den 1970er Jahren wurde die Digitaltechnik zur treibenden Kraft für die Lösungen von Konzepten für elektronische Schaltungen für völlig neue Geräte wie z. B. Taschenrechner oder auch für konventionelle Geräte der Rundfunk- und Fernsehtechnik. 1976 wurde beispielsweise der erste Homecomputer Apple 1 präsentiertComputerposter, computerposter.ch und einige Jahre später, 1983, wurde das erste digitale „one-chip IC“ für UKW-Radios von Philips entwickelt.„one chip“ UKW-Radio-IC, Philips-Datenblatt TDA 7010, 1983 Parallel dazu begann die Industrie ab Mitte der 1970er Jahre die Bauelemente mit genormten Rastermaßen für Leiterplattenmontage anzubieten,Valvo GmbH, Hamburg, Am Puls der Zeit, 1974, Jubiläumsschrift zum 50-jährigen Jubiläum der Valvo GmbH da der Leiterplattenentwurf mittels „Computer-Aided Designs“ (CAD) mit genormten, vorgegebenen Maßen für die Bauelemente großen Vorteil bot. (Das von IBM entwickelte Programmiersystem APT, welches der rechnerunterstützten Programmierung von NC-Maschinen diente, wurde in den 1950er Jahren entwickeltGünter Spur, Frank-Lothar Krause: Das virtuelle Produkt. Management der CAD-Technik. Carl Hanser Verlag, München/Wien 1997, ISBN 3-446-19176-3.IBM 1966: Computer Aided Design Tools Developed for ICs, computerhistory.org)

Gleichzeitig wurden die ersten Bestückungsautomaten zur automatischen Bestückung bedrahteter Bauelemente entwickelt. Anfang der 1980er Jahre standen im Grundig-Werk 16, Nürnberg-Langwasser, Bestückungsautomaten, die für 500.000 Farbfernsehgeräte pro Jahr ausgelegt waren.Egon Fein, Grundig heute, Portrait eines Weltunternehmens, 1983, Druck Europrint GmbH In diesen Jahren wurden die ICs immer komplexer. Die Anzahl der Schaltungsfunktionen, die auf einem Halbleiterkristall integriert wurden, stieg von Jahr zu Jahr an (Mooresches Gesetz). Mit der ansteigenden Integration stiegen die Betriebsfrequenzen der Schaltungen an und es galt, mit kürzeren Leitungsführungen die Leitungsimpedanz zu verringern. Die von IBM entwickelte Oberflächenmontagetechnik bot hier die Möglichkeit, durch Fortfall der Bohrungen die Leitungsführungen zu verkürzen.

mini|hochkant|Blick auf die Unterseite einer SMD-Platine mit gemischter Bestückung

Allerdings waren die Investitionskosten für diese neue Montagetechnik sehr hoch. Es mussten für alle Fertigungsschritte neue Automaten entwickelt werden. Die erforderlichen hohen Investitionskosten konnten nur von Geräteherstellern mit großen Stückzahlen aufgebracht werden, die überwiegend in Japan und den USA ansässig waren. 1979 wurde die erste SMT-Fertigungslinie in Japan installiert, zwei Jahre später in den USA.Elektronik 13/2002, WEKA-Fachzeitschriften-Verlag, Sonderheft 50 Jahre Elektronik, Elektronik-Geschichte, Seiten 84–88. In Europa und in Deutschland war Philips mit seiner Bauelementetochter Valvo ab 1984 Vorreiter für die SMT mit ihren Bauelementen einschließlich der erforderlichen Bestückungsanlagen. Die Bestückungsfrequenz dieser neuen SMT-Vollautomaten war deutlich höher als die der Automaten für bedrahtete Bauelemente. Es konnten mit diesen Automaten Bestückungsgeschwindigkeiten von 7000 bis zu 540.000 SMDs pro Stunde erreicht werden.

Die Entwicklung der Automaten für die Oberflächenmontagetechnik Ende der 1970er Jahre war von den Herstellern von Anfang an in ein Gesamtkonzept mit hohen Qualitätsanforderungen eingebunden. Es umfasste die Standardisierung der Bauelemente über ihre gegurtete Anlieferweise bis hin zu ihren genormten Landeflächen und der Reflow-Lötfähigkeit bzw. der Fähigkeit der Wellen-Lötbarkeit, die Bestückungsautomaten mit hohen Anforderungen an die Reinheit und hohe Genauigkeit beim Kleben, hohe Präzision der Passgenauigkeit beim Bestücken sowie die präzise Temperatursteuerung bei der Lötung. Entscheidend für den Erfolg dieser Technik war, dass die Oberflächenmontagetechnik als ganzheitliches Konzept betrachtet und realisiert wurde. Mit dieser Technik konnte die Leitungsimpedanz und das Bauvolumen für die Gesamtschaltung deutlich reduziert werden, die Herstellungskosten sanken, da die Kosten für die Bohrungen in den Leiterplatten und die zusätzlicher Anschlüsse an den Bauelementen entfielen und die Qualität der Schaltungen stieg mit der größeren Sauberkeit bei der Herstellung an. Ab Mitte 1980 wurden bereits SMT-Schaltungen in vielen Bereichen der Industrie im großen Stil verwendet, wobei die Schaltung häufig als „“ ausgelegt war, d. h., die größeren Bauelemente weiterhin bedrahtet eingesetzt wurden.

Entwicklung der SMT-Bauelemente (SMD) Die anfänglich für die Raumfahrt benötigten Bauelemente kamen aus den USA von den seinerzeit führenden Herstellern wie IBM, Texas Instruments, Fairchild, Sprague u. a. Es waren die damals verfügbaren Bauelemente, wie Transistoren und Dioden, ICs, Kondensatoren und Widerstände, deren Anschlüsse für den Einsatz in der Oberflächen-Montagetechnik modifiziert waren oder durch lötbare Metallkappen ersetzt waren. Die treibende Kraft waren Integrierte Schaltungen, die die gewünschte Volumenverkleinerung der Geräte brachten, indem die Gehäuse kleiner werden konnten.

mini|250px|Beispiele von unterschiedlichen Anschluss-Ausführungen von Bauelementen für die Oberflächenmontage, links: BGA, rechts im Vergleich: DIL

Es war oft einfach, aus dem jeweiligen bedrahteten Gehäuse ein SMD-Gehäuse zu machen, so wurden Dioden und Widerstände ohne Anschlussdrähte gefertigt, es entstanden die Bauformen MELF und Mini-MELF.

Hochintegrierte ICs bekamen immer mehr Anschlüsse. Hatte 1971 der 4-Bit-Prozessor Intel 4004 noch 16 Anschlüsse, so hatten 1974 die 8-Bit-Mikroprozessoren Intel 8080 und Motorola 6800 schon 40 Pins und 1976 der erste 16-Bit-Prozessor Texas Instruments TMS9900 sogar 64 Anschlüsse. Die Geometrie der Halbleiter-Gehäuse wurde angepasst. In SMT konnten mehr Anschlüsse pro Länge an der Bauteilkante untergebracht werden. Das anfangs für THT übliche Rastermaß von 2,54 mm sank auf z. B. 0,5 mm.

Anfang 1970 begann die Entwicklung der Keramik-Vielschichtkondensatoren (MLCCs), die kennzeichnend für fast alle SMD-Schaltungen wurden.

Mit der Oberflächenmontagetechnik nahm in den 1980er Jahren der Druck zu SMD-Bauformen auch für weitere Kondensator-Typen zu und Aluminium-Elektrolytkondensatoren und auch Folienkondensatoren wurden als SMD verfügbar. Das Kapazitäts-Volumen-Produkt dieser Kondensatoren nahm etwa um den Faktor 10 zu (siehe auch Kondensator (Elektrotechnik)#Weiterentwicklung).

Während Tantalkondensatoren von Anfang an auch in SMD-Bauformen angeboten wurden, waren Aluminium-Elkos erst Ende der 1980er Jahre als SMD verfügbar. Die Problematik ist, dass der flüssige Elektrolyt einen Siedepunkt hat, der unter der Temperaturspitze der Reflow-Lötung liegt. Erst durch Verstärkung der Materialien konnte der interne Gasdruck aufgefangen werden, der sich dann nach geraumer Zeit wieder zum Elektrolyten zurückbildet. Um Folienkondensatoren in SMD zu erhalten, sind temperaturstabile Folien erforderlich.

Im Bereich der Widerstände wurden zunächst die Kappen der axialen Bauformen statt mit Drähten lötfähig gestaltet und als MELF angeboten.SMD Technologie, Bauelemente, Bestückung, Verarbeitung. Firmen-Druckschrift, bearbeitet durch H. H. Warnke, Valvo, 1987, S. 5. Später wurden die bereits bekannten Dickschicht-Widerstände auf Keramik-Substraten weiterentwickelt, indem sie rechteckige Formen erhielten und beidseitig lötfähig metallisiert wurden.

Auch elektromechanische Bauelemente wie beispielsweise Steckverbinder, Schwingquarze oder Relais sind als SMD entwickelt worden – fast alle der in der Liste elektrischer Bauelemente genannten Teile sind auch als SMD verfügbar.

Vor- und Nachteile bei der Verwendung von SMDs mini|SMD-Widerstände in Originalverpackung – diese Verpackung ermöglicht den Einsatz in einer Bestückungsmaschine

SMT-Bauelemente haben in vielen Anwendungsfällen Bauelemente mit durchkontaktierten Anschlussdrähten abgelöst. Sie besitzen gegenüber jenen unter anderem folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile