Oberflächenmontage oder Durchsteckmontage: wichtigste Unterschiede, Kosten und Auswahl

Oberflächenmontierte Bauteile werden an Lötpads auf der Oberfläche einer Leiterplatte’s befestigt. Bei Durchsteckbauteilen werden Anschlüsse zum Löten durch Bohrungen in der Leiterplatte geführt. Die Oberflächenmontagetechnik (SMT) eignet sich oft für kompakte Layouts und die automatisierte Bestückung; die Durchsteckmontagetechnik (THT) kann sinnvoll sein, wenn ein bestimmtes Bauteil oder die mechanische Belastung dafür spricht. Viele Leiterplatten nutzen beide Verfahren.

Die richtige Wahl hängt von den Bauteilen, den auf sie wirkenden Kräften, dem Leiterplattenlayout und dem Fertigungsplan ab. Dieser Vergleich betrachtet die Entscheidungen Schritt für Schritt und begleitet anschließend eine fiktive Leiterplatte mit gemischter Technologie durch die Montage und eine beispielhafte Kostenberechnung.

Wichtige Erkenntnisse

• Oberflächenmontierte Bauteile werden an Lötpads auf der Oberfläche befestigt; die Anschlüsse von Durchsteckbauteilen werden durch Bohrungen in der Leiterplatte geführt.
• SMT ermöglicht im Allgemeinen eine höhere Packungsdichte und unterstützt die automatisierte Bestückung. Durchsteckanschlüsse können einen zusätzlichen Kraftpfad bieten, doch keines der beiden Verfahren garantiert zuverlässige Lötverbindungen.
• Eine Leiterplatte mit gemischter Bestückung kann SMT für kompakte Bauteile und Durchsteckbauteile dort verwenden, wo es die tatsächlichen Anforderungen an Bauteil und Belastung rechtfertigen.
• Vergleichen Sie Rüst-, Bauteil-, Fertigungs- und Montagekosten für die vorgesehenen Stückzahlen. Ein für bestimmte Annahmen berechneter Kostenschwellenwert gilt nicht allgemein.

Oberflächenmontage oder Durchsteckmontage: wichtigste Unterschiede

Überlegung	Oberflächenmontage	Durchsteckmontage
Befestigung	Anschlüsse werden auf Lötpads auf der Leiterplattenoberfläche gelötet.	Anschlüsse werden durch Bohrungen geführt und an der Leiterplatte verlötet.
Platzbedarf und Leiterbahnführung	Kleine Gehäuse und die Bestückung beider Leiterplattenseiten können dichte Layouts ermöglichen.	Bauteilbohrungen beanspruchen Leiterplattenfläche und können die Leiterbahnführung auf anderen Lagen einschränken.
Typische Montage	Das Auftragen von Lotpaste, die automatisierte Bestückung und das Reflow-Löten sind üblich.	Auf das Einsetzen folgen üblicherweise Hand-, Wellen- oder Selektivlöten.
Mechanische Belastung	Prüfen Sie die Belastung der Lötstellen, die Halterungen und eine mögliche Abstützung durch das Gehäuse.	Anschlüsse und metallisierte Bohrungen können zur Aufnahme von Belastungen beitragen; Abstützung und Prüfung bleiben dennoch wichtig.
Nacharbeit	Für kleine oder verdeckte Lötstellen sind möglicherweise Spezialwerkzeuge erforderlich.	Gut zugängliche Anschlüsse lassen sich bequem von Hand löten, doch Bauteile mit vielen Anschlüssen können schwierig auszubauen sein.
Kostentreiber	Bauteile, Schablone und Maschineneinrichtung, Bestückung, Reflow-Löten und Inspektion.	Bauteile, Bohren sowie gegebenenfalls Einsetzen, Löten, Vorrichtungen und Inspektionsschritte.

Dies sind typische Konstruktionsmerkmale und keine Bewertungen für jedes Gehäuse. Der Überblick von Texas Instruments’ über Gehäuse für Spannungsregler weist beispielsweise darauf hin, dass Durchsteckanschlüsse Leiterbahnen auf darunterliegenden Lagen behindern können. Die tatsächliche Einschränkung hängt von der Leiterplatte und dem Bauteil ab.

Was sind SMT, SMD und Durchstecktechnik?

Oberflächenmontagetechnik ist ein Verfahren zur Befestigung von Bauteilen an leitfähigen Lötpads auf der Leiterplattenoberfläche. Ein oberflächenmontiertes Bauteil, auch SMD, ist ein für dieses Verfahren ausgelegtes Bauteil. Ein SMD kann sichtbare Anschlüsse, Endkontakte oder Kontakte an der Unterseite des Gehäuses haben. Der Leitfaden zur Oberflächenmontagetechnik erläutert gängige Gehäuseformen und Montageschritte.

Durchstecktechnologie verwendet Bauteilanschlüsse, die in Bohrungen der Leiterplatte eingesetzt werden. Für elektrische Verbindungen sind die Bohrungen üblicherweise metallisiert: Eine Kupferschicht bedeckt die Bohrungswand und verbindet sie mit den erforderlichen Lötpads oder Lagen. Eine nicht metallisierte Bohrung hat keine leitfähige Wand und dient üblicherweise mechanischen Zwecken. Weitere Informationen zu Bohrungsarten und Layoutaspekten finden Sie im Leitfaden zur Leiterplattenkonstruktion mit Durchkontaktierungen zu Bohrungsarten und Layoutaspekten.

Die Titelillustration zeigt vereinfachte Querschnitte; keine der Zeichnungen ist maßstabsgetreu. Eine Leiterplatte kann beide Bestückungsverfahren kombinieren.

Konstruktionsabwägungen und Zuverlässigkeit

Platzbedarf und Leiterbahnführung

SMT bietet zahlreiche kleine Gehäuseformen und ermöglicht die Bestückung geeigneter Bauteile auf beiden Seiten einer Leiterplatte. Diese Flexibilität kann bei einem dicht bestückten Design hilfreich sein, allerdings benötigt jedes Gehäuse ein eigenes Lötpadmuster, ausreichende Abstände und Zugang für Montage oder Nacharbeit.

Ein Durchsteckanschluss beansprucht eine Bohrung und den zugehörigen Freiraum. Eine Bohrung durch eine mehrlagige Leiterplatte kann außerdem die Leiterbahnführung auf den Lagen zwischen Eintritts- und Austrittsseite unterbrechen. Vergleichen Sie die tatsächlichen Bauteil-Footprints mit den Konstruktionsregeln des Leiterplattenherstellers: Ein bestimmtes SMD ist nicht automatisch kleiner als jede Durchsteckalternative.

Mechanische Belastung und elektrische Leistung

Bei einem Steckverbinder, den Nutzer ein- und ausstecken, sollten Sie den Kraftverlauf von der Steckverbindung über den Steckverbinder, die Lötstellen und die Leiterplatte bis zum Gehäuse nachvollziehen. Durchsteckanschlüsse können zur mechanischen Befestigung beitragen. Einige oberflächenmontierte Steckverbinder verfügen ebenfalls über Halterungen oder können durch Befestigungselemente oder das Gehäuse abgestützt werden.

Samtecs Hinweise zu Verriegelungsclips an Steckverbindern behandeln die zusätzliche Haltekraft und die Belastung, die wiederholtes Stecken auf Verbindungen ausüben kann. Prüfen Sie die Zeichnung des ausgewählten Bauteils, die Belastungswerte und die vorgesehenen Tests. Allein aus der Montageart lässt sich keine Zuverlässigkeit bei Vibrationen oder wiederholter Verwendung ableiten.

Dieselbe Sorgfalt gilt für thermische und elektrische Grenzwerte. Beachten Sie die Strom-, Spannungs- und Temperaturwerte des jeweiligen Bauteils sowie das Wärmemanagement der Platine. Texas Instruments weist darauf hin, dass ein geeignetes PCB-Layout bei einigen SMD-Gehäusen einen Wärmewiderstand erreichen kann, der mit dem bestimmter Durchsteckgehäuse vergleichbar ist. Keine der beiden Montagearten ist grundsätzlich die bessere Wahl für hohe Leistungen.

Prototypenbau, Nacharbeit und Bauteilverfügbarkeit

Ein großes Durchsteckbauteil mit gut zugänglichen Anschlüssen lässt sich möglicherweise problemlos von Hand montieren. Einen Steckverbinder mit vielen verlöteten Pins von einer mehrlagigen Platine mit durchkontaktierten Bohrungen zu entfernen, kann schwieriger sein. Die Nacharbeit an SMT reicht vom einfachen Handlöten gut zugänglicher Bauteile bis hin zu Arbeiten, für die eine Vergrößerung, kontrollierte Heißluft oder andere Ausrüstung für kleine oder verdeckte Lötstellen erforderlich ist.

Prüfen Sie die Verfügbarkeit, bevor Sie sich auf ein Footprint festlegen. Ein benötigter IC, Steckverbinder oder Ersatzbaustein ist möglicherweise nur in einem Gehäuse erhältlich. Ein scheinbar ähnliches Gehäuse kann eine andere Pinbelegung oder andere Nennwerte haben.

So wählen Sie für eine Platine mit gemischter Technologie

Ziehen Sie ein eine fiktive Steuerplatine mit einem SMD-IC, SMD-Widerständen der Baugröße Imperial 0603 und einem vierpoligen Steckverbinder, der ein- und ausgesteckt wird. Bei zwei Layoutvarianten bleiben IC und Widerstände unverändert:

• SMT-Variante: ein vierpoliger SMD-Steckverbinder ohne Durchsteck-Montagelaschen.
• Gemischte Variante: ein vierpoliger Durchstecksteckverbinder auf derselben SMT-Platine.

Das Beispiel setzt voraus, dass geeignete Kandidaten verfügbar sein könnten. Es belegt nicht, dass zwei reale Steckverbinder austauschbar sind. Prüfen Sie vor dem Vergleich deren Pinbelegung, Nennwerte, Abmessungen und Gegenstücke.

Anforderung	SMT-Kandidat	Kandidat für gemischte Technologie	Vor der Auswahl prüfen
Elektrische Eigenschaften und Passform	Footprint für Oberflächenpads.	Footprint für Anschlüsse und Bohrungen.	Pinbelegung, Spannungs- und Stromnennwerte, Gegenstück und Freiraum im Gehäuse.
Steckbelastung	Belastbarkeit der Lötverbindung und Gehäuseabstützung bewerten.	Belastung von Anschluss, Bohrung und Platine bewerten.	Steckkraft, Verriegelungsmerkmale, Steckzyklen und erforderliche Tests.
Layout	Platz für Pads und Zugang zur Nacharbeit vorsehen.	Platz für durchkontaktierte Bohrungen und Leiterbahnführung vorsehen.	Herstellerzeichnungen, Leiterplattenregeln und Zugang für das gewählte Verfahren.
Fertigung	Platzierung des Steckverbinders und Reflow-Kompatibilität prüfen.	Bestückung und ein geeignetes Lötverfahren einplanen.	Prüfung durch den Bestücker, Zugang für Inspektionen, Bauteilversorgung und Angebotsannahmen.

Wenn der SMT-Steckverbinder die Belastungsanforderungen mit der verfügbaren Abstützung erfüllt und die vereinbarten Tests besteht, ist er für diese Platine möglicherweise die einfachere Lösung. Wenn der Durchsteckkandidat die geprüften mechanischen oder bauteilbezogenen Anforderungen besser erfüllt, kann sich der zusätzliche Arbeitsschritt lohnen. Lassen Sie das tatsächliche Layout vor der Auswahl vom Bestücker auf Fertigungsgerechtigkeit prüfen. Keine der beiden Schlussfolgerungen ergibt sich allein aus der Montageart.

So werden Platinen mit gemischter SMT- und Durchsteckbestückung montiert

Ein üblicher Ablauf für eine gemischt bestückte Platine ist:

1. Lötpaste auftragen auf die benötigten Oberflächenpads, häufig mithilfe einer Schablone.
2. Geeignete SMD-Bauteile platzieren und die Platine reflowlöten, sodass die Paste Lötverbindungen bildet.
3. Durchsteckbauteile einsetzen, dann ihre Anschlüsse mit einem geeigneten Hand-, Wellen- oder Selektivlötverfahren verlöten.
4. Prüfen und vereinbarte Tests durchführen entsprechend Fertigungsauftrag, Bauteilen und Abnahmekriterien.

Die Reihenfolge kann sich je nach Platinenorientierung, Bauteilen auf beiden Seiten, Wärmegrenzwerten, Abdeckungen, Freiräumen und verfügbarer Ausrüstung ändern. Beim Selektivlöten werden einzelne Bereiche gezielt bearbeitet; es kann sich für eine gemischte Bestückung eignen, ist aber nicht das einzige mögliche Verfahren. Altiums Übersicht zu Lötverfahren für Leiterplatten beschreibt Reflow-, Wellen- und Selektivlöten.

Einige entsprechend qualifizierte bedrahtete Bauteile lassen sich mithilfe des Reflow-Lötens mit Einfügen der Anschlüsse in die Paste. Dabei wird Paste auf die Lochöffnungen aufgetragen, die Anschlussdrähte werden eingeführt und die Baugruppe wird erhitzt, bis das Lot schmilzt. Ein von IPC bereitgestelltes technisches Fachpapier weist darauf hin, dass Bauteilabmessungen und Hitzebeständigkeit das Reflow-Löten einschränken können. Das Verfahren hängt außerdem vom Pastenvolumen, dem Footprint und den Möglichkeiten des Bestückers ab. Gehen Sie nicht davon aus, dass jeder Steckverbinder einen Reflow-Ofen durchlaufen kann. Informationen zu den Ofenphasen und zur Profilgestaltung finden Sie unter Leitfaden zum Reflow-Löten.

Vereinbaren Sie mit dem Bestücker die Anforderungen an Prüfung und Abnahme. Die Übersicht zu den IPC-Standards beschreibt die Anforderungen an gelötete Baugruppen gemäß J-STD-001 sowie die visuellen Akzeptanzkriterien gemäß IPC-A-610. Prüfen Sie den Kundenvertrag und die geltende Ausgabe, statt eine Produktklasse oder Prüfmethode vorauszusetzen.

Was beeinflusst die Kosten der SMT- und Durchsteckmontage?

Für den besten Vergleich sollten für beide Optionen dieselben Leiterplattenanforderungen und Stückzahlen zugrunde gelegt werden. Zu den Kosten können Bauteile, die Fertigung der unbestückten Leiterplatte, Einrichtung, Bestückung oder Einsetzen, Löten, Prüfung, Ausbeute und Logistik gehören. Ein Durchsteck-Steckverbinder kann einen zusätzlichen Prozessschritt erfordern; bei einem SMT-Steckverbinder können Bauteilpreis oder Anforderungen an die Unterstützung abweichen.

Die folgenden Zahlen sind frei erfunden und dienen ausschließlich zur Veranschaulichung der Berechnung. Sie sind weder ein Lieferantenangebot noch Unternehmenspreise. Nehmen wir an, der fiktive Controller hat einen Steckverbinder pro Leiterplatte und beide Optionen verwenden bereits dieselbe SMT-Linie. Setzen Sie die Kosten für Fertigung, Prüfung und Ausbeute gleich, obwohl sich die Footprints der Steckverbinder und die Bohrdateien unterscheiden; lassen Sie alle sonstigen Kostenunterschiede außer Betracht.

Steckverbinderoption	Zusätzliche Einrichtungskosten	Zusätzliche Kosten für Bauteil und Montage pro Leiterplatte	100 Leiterplatten	1.000 Leiterplatten
SMT	$0	$0.75	$75	$750
Durchsteckmontage auf SMT-Leiterplatte	$180	$0.40	$220	$580

In diesem Beispiel spart die gemischte Option 0,35 $ pro Leiterplatte, verursacht aber 180 $ Einrichtungskosten. Der berechnete Break-even-Punkt liegt bei 180 $ ÷ 0,35 $, also bei etwa 514,3 Leiterplatten; bei 515 ganzen Leiterplattensind die zusätzlichen Kosten der gemischten Option erstmals niedriger. Entfällt die Einsparung pro Leiterplatte, lassen sich diese Einrichtungskosten durch diese Einsparung nicht ausgleichen.

Ein tatsächliches Angebot kann zu einem anderen Ergebnis führen, da sich Leiterplattenfläche, Bohrungsfertigung, Beschaffung, Qualifizierung, Vorrichtungen, Prüfung und Ausbeute unterscheiden können. Geben Sie jedem Lieferanten dieselben Anforderungen und Stückzahlen an. Der Leitfaden zu den für ein PCBA-Angebot benötigten Dateien erläutert, welche Konstruktions-, Bauteil- und Prüfinformationen vorzubereiten sind.

Häufig gestellte Fragen zu Oberflächenmontage und Durchsteckmontage

Können oberflächenmontierte und bedrahtete Bauteile auf derselben Leiterplatte verwendet werden?

Ja. Eine Leiterplatte mit gemischter Technologie kann oberflächenmontierte ICs und passive Bauteile mit Durchsteck-Steckverbindern oder anderen Bauteilen kombinieren. Der Montageprozess hängt von den ausgewählten Bauteilen, dem Leiterplattenlayout und den verfügbaren Verfahren ab.

Ist die Durchsteckmontage immer zuverlässiger?

Nein. Die Zuverlässigkeit hängt vom Bauteil, der Belastung, der Leiterplattenabstützung, der Umgebung, dem Lötprozess und der Qualifizierung ab. Durchsteckanschlüsse können die mechanische Befestigung verbessern; auch ein entsprechend abgestützter oberflächenmontierter Steckverbinder kann die Anforderungen erfüllen. Überprüfen Sie das konkrete Design und die Prüfbedingungen.

Ist SMT bei einer kleinen Stückzahl günstiger?

Nicht unbedingt. Bauteilpreise, Arbeitsaufwand, Einrichtung, bereits benötigte Ausrüstung und die Anzahl der Leiterplatten spielen alle eine Rolle. Lassen Sie sich Angebote für die erwarteten Stückzahlen erstellen; das obige Kostenbeispiel beruht lediglich auf einer frei erfundenen Annahmenkombination.

Ist SMD dasselbe wie SMT?

Nein. Ein SMD ist ein oberflächenmontiertes Bauteil. SMT bezeichnet die Technologie, mit der es auf Oberflächenpads montiert wird. Eine mit SMT bestückte Leiterplatte kann auch Durchsteckbauteile enthalten.

Bereiten Sie Ihre Montageanfrage vor

Übermitteln Sie bei Ihrer Anfrage Bestückungsdienstleisterdie Leiterplattendateien, die Stückliste, die gewünschten Stückzahlen, die Belastungsanforderungen für Steckverbinder sowie den gewünschten Umfang der Prüfung oder Tests. Eine projektspezifische Prüfung kann Bauteile, Layout und Prozess vergleichen, bevor Sie sich für eine der Optionen entscheiden.