Руководство по выбору SMD-зуммеров: ключевые факторы, пайка оплавлением и применение.

1. Введение
2. Два типа основных технологий
3. Баланс между размером и габаритами при миниатюризации акустического выхода.
4. Сборка SMT-компонентов и пайка оплавлением.
5. Матрица отбора на основе приложений
6. Контрольный список перед составлением спецификации материалов и дальнейшие шаги.

Введение
Всё становится меньше. Но сегодня это не так, это реальность электронной инженерии. От создания фитнес-трекера до датчика для умного дома или системы предупреждения в автомобиле — эту тенденцию к достижению максимальной функциональности при минимальном размере печатной платы нельзя игнорировать.
Он Зуммер Это, безусловно, последний элемент оборудования, о котором следует подумать при проектировании компоновки, и это не самая лучшая идея. Неправильный компонент не выдержит пайки оплавлением, потребует больше энергии, чем требуется для батареи, или не поместится в корпус, согласованный командой.
В этом блоге собрана полезная практическая информация, которая экономит время на этапе проектирования, включая типы доступных технологий, компромиссы между корпусами, вопросы пайки оплавлением и краткую матрицу применения, которая поможет вам выбрать подходящий SMD-зуммер перед окончательным составлением спецификации материалов.

Два типа основных технологий
Существует два типа основных технологий: магнитные SMD-зуммеры и пьезоэлектрические SMD-зуммеры.
Самый быстрый способ определить свои возможности — это изучить физические принципы каждого типа.
Магнитные SMD-зуммеры основаны на электромагнитном принципе. Металлическая диафрагма вибрирует под действием катушки, создавая звук. Обычно они имеют множество рабочих напряжений (в диапазоне от 1,5 В до 5 В), что позволяет легко интегрировать их в большинство проектов с использованием микроконтроллеров. Недостатком является высокое энергопотребление: магнитные зуммеры потребляют больше энергии, чем пьезоэлектрические, поэтому, если вы питаете их от батарейки-таблетки или небольшого литий-полимерного аккумулятора, энергопотребление является важным фактором. Преимуществом является то, что их более низкие резонансные частоты помогают создать округлый и насыщенный звук, что может быть полезно для многих людей, особенно для людей с нарушениями слуха в людных местах.
В пьезоэлектрических SMD-зуммерах используется пьезокерамический дисковый элемент. При подаче напряжения на диск он изгибается, а при подаче обратного напряжения диск изгибается в обратную сторону. Это механическое изгибание помогает создавать звук с высокой эффективностью. При проектировании сверхтонких устройств и устройств с батарейным питанием потребление тока обычно находится в микроамперах, поэтому пьезоэлемент является предпочтительным материалом. Более резкий и высокий тон подходит для однозначной сигнализации, но может быть очень пронзительным в замкнутых пространствах.
Пассивный против активногоЧто вам нужно?
Если зуммер активен, в него встроен собственный генератор. При подаче постоянного напряжения он издает звуки с постоянной частотой. Такой способ отличается малым количеством компонентов в спецификации, отсутствием сложности в программном обеспечении и простотой управления.
Для воспроизведения звука пассивному зуммеру требуется внешний ШИМ-контроллер. Это позволит вашему микроконтроллеру выполнять больше задач, но при этом даст вам полную свободу в выборе частоты и тональных сигналов, что полезно, когда вашему микроконтроллеру требуются уникальные версии и вариации оповещений (предупреждение, подтверждение, ошибка и т. д.) или когда местные правила устанавливают требования к частоте сигналов тревоги.
Это зависит от желаемого уровня надежности по сравнению с минимизацией прошивки и схемы.

Сбалансированный корпус и размеры с миниатюризацией акустического выхода.
Маленький размер — это хорошо, но у крошечного размера есть последствия. Вот что происходит, когда упаковка становится меньше.
Распространенные типоразмеры SMD-корпусов
В отрасли представлено лишь несколько вариантов упаковки. Упаковка размером 5 x 5 мм, 8,5 x 8,5 мм и 9 x 9 мм будет многократно использоваться из каталога.
Физические законы, которые нельзя игнорировать.
Размер излучающей поверхности коррелирует с уровнем звукового давления (SPL), числом в дБ, указывающим на громкость зуммера. Более низкие значения SPL достигаются при меньшем размере диафрагмы и меньшем объеме перемещаемого воздуха. Этого нельзя избежать. Если использовать зуммеры размером 5x5 мм вместо 9x9 мм, выходной сигнал будет другим при том же напряжении питания.
Резонансная частота также меняется в зависимости от размера. Маленькие зуммеры вибрируют на более высоких частотах, что может быть как плюсом (громкий, предупреждающий, привлекающий внимание звук), так и минусом (высокий, громкий шум в больничных/медицинских учреждениях, где требуется более тихое предупреждение).
Направление расположения звукового порта: боковой или верхний.
Эта деталь имеет гораздо большее значение, чем большинство инженеров себе представляют при проектировании корпуса.
Звуковой сигнал, издаваемый верхним портом, поступает сверху (с лицевой стороны печатной платы). Он будет работать, если над местом крепления звукового сигнала на ножке корпуса имеется решетка или отверстие.
Звуковой сигнализатор, расположенный сбоку корпуса, издает звук. Он хорошо подходит для конструкций, в которых печатная плата располагается горизонтально внутри закрытого корпуса с вентиляционным отверстием на боковой стенке, и звук должен передаваться вбок, к вентиляционному отверстию.

Сборка SMT-компонентов и пайка оплавлением
Звуковые зуммеры — чувствительные к звуку элементы. Все эти компоненты могут быть подвержены негативному воздействию тепла, влаги и остатков флюса при оплавлении, если оплавление выполняется неправильно.
Температурный профиль во время бессвинцовой пайки оплавлением
Что касается производственного процесса, используется бессвинцовая паяльная паста, а пиковая температура, как правило, составляет от 482°F (250°C) до 500°F (260°C) в диапазоне, соответствующем требованиям RoHS. Перед окончательным утверждением программы установки компонентов всегда следует проверять номинальные значения пиковой температуры в техническом описании.
Одна из проблем использования профиля с температурой выше заявленной заключается в том, что вы можете навсегда повредить этот профиль, но это может проявиться только при работе материнской платы.
Защита от повреждений, вызванных высокой температурой
В случае магнитных зуммеров чрезмерный нагрев может снизить эффективность внутреннего магнита. По мере снижения уровня звукового давления частота изменяется, и деталь перестает звучать так громко, как должна, но становится определенно тише. Этот тип ухудшения трудно обнаружить на контрольно-измерительном стенде, и его можно выявить только при окончательном акустическом контроле.
В случае пьезоэлектрических зуммеров слишком высокая или слишком высокая температура может привести к растрескиванию керамического диска. При растрескивании керамики пропадает выходной сигнал, устройство включается и выключается или выходит из строя без предупреждения. Этих видов отказов можно избежать, обеспечив контролируемый температурный профиль и используя компоненты с соответствующими номинальными характеристиками.
Защита зуммера при очистке печатной платы.
Многие SMD-компоненты не имеют механизма герметизации от попадания жидкости. При использовании водных чистящих средств после пайки, например, в автомобильной или медицинской промышленности, звуковой порт этого зуммера необходимо защитить от средств для удаления флюса, промывочной воды и остатков флюса.
Однако, если в вашей линейке услуг не предусмотрена очистка платы, то это не имеет значения. Мойте устройство только в том случае, если на нем есть маркировка, или если вы планируете маркировать устройство, потому что собираетесь его мыть — не предполагайте, что устройство будет мыться, если это не указано в техническом описании.

Матрица отбора на основе заявок
Приоритеты конечных пользователей на каждом рынке уникальны. Давайте рассмотрим это на практике.
Медицинские устройства и умные носимые гаджеты
Основными ограничениями являются размер и энергопотребление. Большинство носимых устройств имеют габариты 5x5 мм. Потребляемый ток должен быть ограничен параметрами, которые позволяет химический состав и емкость батареи.
Частота срабатывания сигнализации важна для клиники. В стандартах медицинской сигнализации, таких как IEC60601 и связанных с ним стандартах, указаны диапазоны частот, например, от 2 до 4 кГц, поскольку человеческое ухо наиболее чувствительно к указанным частотам, а фоновый шум в клинических условиях обычно ниже 1 кГц. Проверьте уровень звукового давления (SPL) зуммера на необходимом расстоянии и убедитесь, что резонансная частота находится в требуемом диапазоне частот.
Автомобильная электроника (ADAS, видеорегистраторы, телематика)
Главным параметром будет температурный диапазон. Для бытовых/офисных деталей обычно используется диапазон температур 158°F (70°C) или 185°F (85°C), для автомобильных деталей — от 185°F (85°C), а часто и выше — 221°F (105°C). При установке вблизи моторного отсека или при наличии открытого двигателя на приборной панели следует проверить максимальный температурный диапазон, а затем снизить выходную мощность.
Датчики для умного дома и интернета вещей
В этом сегменте клиенты очень чувствительны к цене. К счастью, требования к акустике, как правило, менее высоки; для того, чтобы звук был слышен по всему заводу, не обязательно иметь достаточный уровень звукового давления (SPL), достаточно, чтобы его было слышно в производственном помещении.
В «умном доме», не построенном в замкнутом пространстве, большее значение имеет уровень звукового давления (SPL) на расстоянии, чем использование носимых устройств. В большинстве жилых помещений для адекватного оповещения требуется звуковой сигнал, и пьезоэлектрического зуммера размером 9x9 мм с уровнем звукового давления от 85 до 90 дБ будет достаточно.
Упаковка в ленту и катушки стала распространенной практикой на автоматизированных линиях поверхностного монтажа. Проверьте, находятся ли в катушках необходимые звуковые сигналы в соответствии с длиной подающего устройства вашей линии.

Контрольный список перед составлением спецификации материалов и дальнейшие шаги.
Перед блокировкой компонента проверьте следующие параметры:
Напряжение питания: Убедитесь, что номинальное рабочее напряжение зуммера соответствует напряжению питания и логическим уровням. Пожалуйста, ознакомьтесь с минимальным и максимальным значениями.
Потребляемый ток: Проверьте предельное значение пикового тока при номинальном напряжении, исходя из выходной мощности регулятора и допустимого разряда ваших батарей.
Резонансная частота: Соответствуйте требуемой частоте оповещения. Проверьте частоту при номинальном напряжении, чтобы убедиться, что она находится в пределах целевого диапазона, а не просто номинального испытательного напряжения.
Уровень звукового давления (SPL): Просто убедитесь, что расстояние измерения SPL соответствует требованиям к акустическим испытаниям вашего продукта, с учетом возможного ослабления звука в корпусе.
Размеры и высота корпуса: Уточните требования к зонам размещения компонентов на печатной плате и зазорам между ними. Будьте внимательны к указанным параметрам высоты, поскольку зуммеры часто являются одними из самых высоких элементов на плате.
Проверьте направление порта: убедитесь, что это верхний или боковой порт, проверив его с помощью вашего корпуса.
Формат упаковки: Убедитесь в наличии ленты и катушки для производства. Сравните количество воспроизведенных катушек с прогнозируемым.
Температурный диапазон: Убедитесь, что диапазон рабочих и температур хранения находится в пределах указанных значений.
Инструкция по очистке: обязательна, если в вашей линии используется водная очистка после оплавления.

Лучшее'Наша инженерная команда работает напрямую с проектными группами, начиная с разработки первого эскиза и заканчивая серийным производством. Если вы оцениваете SMD-зуммеры для новой программы или устраняете неполадки в существующей конструкции, свяжитесь с нами, чтобы запросить образцы или техническую консультацию. Мы можем порекомендовать конкретные номера деталей, исходя из вашей схемы управления, геометрии корпуса и акустических требований, а также поддерживаем разработку индивидуальных спецификаций для программ, выходящих за рамки стандартных вариантов из каталога.