I componenti a montaggio superficiale si fissano ai pad sulla superficie di un circuito stampato’s. I componenti a foro passante hanno terminali che attraversano i fori della scheda per essere saldati. La tecnologia a montaggio superficiale (SMT) è spesso adatta a layout compatti e all’assemblaggio automatizzato; la tecnologia a foro passante (THT) può essere utile quando un componente specifico o il carico meccanico a cui è sottoposto lo richiedono. Molte schede utilizzano entrambe le tecnologie.
La scelta giusta dipende dai componenti, dalle forze a cui sono sottoposti, dal layout della scheda e dal piano di produzione. Questo confronto esamina le decisioni una alla volta, poi segue una scheda fittizia con tecnologia mista durante l’assemblaggio e un calcolo illustrativo dei costi.
Punti Chiave
- I dispositivi a montaggio superficiale si fissano ai pad sulla superficie; i terminali dei componenti a foro passante attraversano i fori della scheda.
- In genere, la SMT consente layout più densi e supporta il posizionamento automatizzato. I terminali a foro passante possono offrire un percorso aggiuntivo per la distribuzione dei carichi, ma nessuno dei due metodi garantisce l’affidabilità dei giunti.
- Una scheda con tecnologia mista può utilizzare la SMT per i componenti compatti e i componenti a foro passante nei casi in cui i requisiti effettivi del componente e del carico lo giustifichino.
- Confronta i costi di avviamento, dei componenti, di fabbricazione e di assemblaggio per i volumi previsti. Il punto di pareggio calcolato in base a un insieme di ipotesi non è una soglia universale.
Montaggio superficiale e foro passante: differenze principali
| Considerazione | Montaggio superficiale | Foro passante |
|---|---|---|
| Fissaggio | I terminali vengono saldati ai pad sulla superficie della scheda. | I terminali attraversano i fori e vengono saldati alla scheda. |
| Spazio e instradamento | I componenti di piccole dimensioni e il posizionamento su entrambi i lati consentono layout più densi. | I fori dei componenti occupano spazio sulla scheda e possono limitare l’instradamento sugli altri strati. |
| Assemblaggio tipico | Sono comuni l’applicazione della pasta saldante, il posizionamento automatizzato e la saldatura a rifusione. | Sono comuni l’inserimento seguito da saldatura manuale, a onda o selettiva. |
| Carico meccanico | Verifica il carico sui giunti, gli elementi di ritenuta e l’eventuale supporto dell’involucro. | I terminali e i fori metallizzati possono contribuire a sostenere i carichi; il supporto e le prove restano comunque importanti. |
| Rilavorazione | Per i giunti piccoli o nascosti possono servire attrezzi specializzati. | I terminali accessibili possono essere comodi da saldare a mano, ma i componenti con molti terminali possono essere difficili da rimuovere. |
| Fattori di costo | Componenti, stencil e configurazione delle macchine, posizionamento, rifusione e ispezione. | Componenti, foratura ed eventuali fasi di inserimento, saldatura, fissaggio e ispezione. |
Queste sono tendenze progettuali, non valutazioni valide per ogni tipo di contenitore. Per esempio, la panoramica di Texas Instruments sui contenitori dei regolatori di tensione segnala che i terminali a foro passante possono ostacolare le tracce sugli strati sottostanti. La limitazione effettiva dipende dalla scheda e dal componente.
Che cosa sono la tecnologia SMT, i componenti SMD e la tecnologia a foro passante?
Tecnologia a montaggio superficiale è un metodo per fissare i componenti a pad conduttivi sulla superficie del PCB. Un dispositivo a montaggio superficiale, o SMD, è un componente progettato per questo metodo. Un SMD può avere terminali visibili, terminazioni alle estremità o contatti sotto il corpo. La guida alla tecnologia a montaggio superficiale illustra i contenitori più comuni e le fasi dell’assemblaggio.
Tecnologia through-hole utilizza terminali dei componenti inseriti nei fori della scheda. Per i collegamenti elettrici, i fori sono comunemente metallizzati: il rame riveste la parete del foro e la collega ai pad o agli strati necessari. Un foro non metallizzato non ha pareti conduttive e serve comunemente a scopi meccanici. Consulta la guida alla progettazione di PCB a foro passante per informazioni sui tipi di foro e sulle considerazioni relative al layout.
L’illustrazione di copertina mostra sezioni trasversali semplificate; nessuno dei due disegni è in scala. Una scheda può combinare entrambi i metodi di montaggio sullo stesso PCB.
Compromessi di progettazione e affidabilità
Spazio sulla scheda e instradamento
La SMT offre molti componenti di piccole dimensioni e consente di montare componenti idonei su entrambi i lati della scheda. Questa flessibilità può essere utile nei progetti ad alta densità, anche se ogni componente richiede il proprio schema dei pad, le distanze di sicurezza e l’accessibilità necessaria per l’assemblaggio o la rilavorazione.
Un terminale a foro passante occupa un foro e lo spazio libero circostante. Un foro che attraversa una scheda multistrato può anche interrompere l’instradamento sugli strati compresi tra il punto di ingresso e quello di uscita. Confronta le impronte effettive dei componenti con le regole di progettazione del produttore della scheda: un particolare SMD non è necessariamente più piccolo di qualsiasi alternativa a foro passante.
Sollecitazioni meccaniche e prestazioni elettriche
Per un connettore che viene inserito e disinserito dagli utenti, segui il percorso della forza dall’interfaccia di accoppiamento al connettore, ai giunti di saldatura, alla scheda e all’involucro. I terminali a foro passante possono contribuire alla ritenzione meccanica. Alcuni connettori a montaggio superficiale sono dotati di elementi di ritenuta oppure possono essere sostenuti da elementi di fissaggio o dall’involucro.
Samtec’s indicazioni sulle clip di bloccaggio dei connettori tratta la maggiore tenuta e le sollecitazioni che gli accoppiamenti ripetuti possono esercitare sui giunti. Controlla il disegno del componente selezionato’s, i valori nominali di carico e le prove previste; il solo tipo di montaggio non garantisce l’affidabilità in presenza di vibrazioni o uso ripetuto.
La stessa attenzione va riservata ai limiti termici ed elettrici. Attieniti ai valori nominali di corrente, tensione e temperatura di ciascun componente e al progetto termico della scheda. Texas Instruments osserva che un layout PCB adeguato può offrire ad alcuni package a montaggio superficiale una resistenza termica paragonabile a quella di determinati package a foro passante. Nessuno dei due metodi di montaggio è intrinsecamente la scelta più adatta alle alte potenze.
Prototipazione, rilavorazione e disponibilità dei componenti
Un componente a foro passante di grandi dimensioni, con terminali accessibili, può essere semplice da montare a mano. Rimuovere un connettore con molti pin saldati da una scheda multistrato con fori metallizzati può essere più difficile. La rilavorazione SMT spazia dalla semplice saldatura manuale di componenti accessibili a interventi che richiedono ingrandimento, aria calda controllata o altre attrezzature per giunti piccoli o nascosti.
Verifica la disponibilità prima di definire un footprint. Un circuito integrato, un connettore o un ricambio necessario potrebbe essere disponibile in un solo package; inoltre, un package apparentemente simile potrebbe avere una piedinatura o un valore nominale diverso.
Come scegliere per una scheda a tecnologia mista
Considera un scheda di controllo fittizia con un circuito integrato a montaggio superficiale, resistori a montaggio superficiale di formato imperiale 0603 e un connettore a quattro contatti che verrà inserito e disinserito. Due layout candidati mantengono invariati il circuito integrato e i resistori:
- Opzione SMT: un connettore a quattro contatti a montaggio superficiale, senza linguette di fissaggio a foro passante.
- Opzione mista: un connettore a quattro contatti a foro passante sulla stessa scheda SMT.
L’esempio presuppone che possano esistere componenti candidati adeguati. Non dimostra che due connettori reali siano intercambiabili. Prima di confrontarli, verifica piedinature, valori nominali, dimensioni e componenti di accoppiamento.
| Requisito | Componente SMT candidato | Componente misto candidato | Verifiche prima della scelta |
|---|---|---|---|
| Parte elettrica e montaggio | Footprint con piazzole superficiali. | Footprint con terminali e fori. | Piedinatura, valori nominali di tensione e corrente, componente di accoppiamento e spazio libero nell’involucro. |
| Sollecitazione da accoppiamento | Valuta il supporto del giunto e dell’involucro. | Valuta le sollecitazioni su terminali, cilindro del foro e scheda. | Forza di inserimento, caratteristiche di ritenzione, cicli di accoppiamento e prove richieste. |
| Layout | Prevedi spazio per le piazzole e accesso per la rilavorazione. | Prevedi spazio per i fori metallizzati e il passaggio delle piste. | Disegni del produttore, regole di progettazione della scheda e accessibilità per il processo scelto. |
| Produzione | Verifica il posizionamento del connettore e la compatibilità con il processo di rifusione. | Pianifica l’inserimento e un’adeguata operazione di saldatura. | Revisione dell’assemblatore, accesso per l’ispezione, fornitura dei componenti e ipotesi per il preventivo. |
Se il connettore SMT soddisfa i requisiti di carico con il supporto disponibile e supera le prove concordate, potrebbe essere la soluzione più semplice per questa scheda. Se il componente a foro passante soddisfa meglio i requisiti meccanici verificati o le esigenze relative ai componenti, l’operazione aggiuntiva potrebbe valerne la pena. Prima di scegliere, chiedi all’assemblatore una revisione del layout effettivo per la producibilità: nessuna delle due conclusioni dipende dal solo tipo di montaggio.
Come vengono assemblate le schede con componenti SMT e a foro passante
Una sequenza comune per una scheda mista è la seguente:
- Applicare la pasta saldante alle piazzole superficiali necessarie, spesso usando uno stencil.
- Posizionare i componenti SMD e sottoporre la scheda a rifusione, in modo che la pasta formi i giunti di saldatura.
- Inserire i componenti a foro passante, quindi saldarne i terminali con un processo manuale, a onda o selettivo adeguato.
- Ispezionare ed eseguire le prove concordate per l’assemblaggio, i componenti e i requisiti di accettazione.
L’ordine può variare in base all’orientamento della scheda, ai componenti su entrambi i lati, ai limiti termici, alle mascherature, agli spazi liberi e alle attrezzature disponibili. La saldatura selettiva agisce su aree specifiche e può essere adatta a un assemblaggio misto; non è l’unico processo possibile. La panoramica dei processi di saldatura dei PCB di Altium descrive i metodi a rifusione, a onda e selettivo.
Alcuni componenti a foro passante, se adeguatamente qualificati, possono essere assemblati mediante rifusione pin-in-paste. La pasta viene depositata nelle aperture dei fori, i terminali vengono inseriti e l’insieme viene riscaldato per fondere la saldatura. Un documento tecnico ospitato da IPC segnala che le dimensioni dei componenti e la resistenza al calore possono limitare la rifusione. Il processo dipende anche dal volume di pasta, dall’impronta e dalle capacità dell’assemblatore. Non dare per scontato che ogni connettore possa passare in un forno di rifusione. Per le fasi del forno e le considerazioni sul profilo termico, consulta la guida alla saldatura a rifusione.
Concorda con l’assemblatore i requisiti di ispezione e accettazione. La panoramica degli standard IPC descrive i requisiti per gli assiemi saldati della J-STD-001 e i criteri di accettabilità visiva della IPC-A-610. Verifica il contratto con il cliente e l’edizione applicabile, anziché dare per scontati la classe del prodotto o il metodo di ispezione.
Cosa influisce sul costo dell’assemblaggio SMT rispetto a quello through-hole?
Il confronto più efficace utilizza gli stessi requisiti della scheda e gli stessi volumi per entrambe le opzioni. I costi possono includere componenti, fabbricazione del circuito nudo, preparazione, posizionamento o inserimento, saldatura, ispezione, resa e logistica. Un connettore through-hole può aggiungere una fase di processo; un connettore SMT può avere un prezzo del componente o requisiti di supporto diversi.
Le cifre seguenti sono inventate esclusivamente a scopo illustrativo del calcolo. Non rappresentano un preventivo di un fornitore né i prezzi di un’azienda. Supponiamo che il controller fittizio abbia un connettore per scheda e che entrambe le opzioni utilizzino già la stessa linea SMT. Manteniamo uguali i costi di fabbricazione, collaudo e resa, anche se le impronte dei connettori e i file di foratura sono diversi; escludiamo tutte le altre differenze di costo.
| Opzione del connettore | Costi di preparazione aggiuntivi | Costo aggiuntivo del componente e dell’assemblaggio per scheda | 100 schede | 1.000 schede |
|---|---|---|---|---|
| SMT | $0 | $0.75 | $75 | $750 |
| Foro passante su scheda SMT | $180 | $0.40 | $220 | $580 |
Grafico di confronto dei costi che mostra il punto di pareggio tra assemblaggio SMT e through-hole a 515 circuiti stampatiIn questo caso, l’opzione mista fa risparmiare 0,35 $ per scheda, ma aggiunge 180 $ di costi di preparazione. Il punto di pareggio calcolato è 180 $ ÷ 0,35 $, ovvero circa 514,3 schede; a 515 schede intere, l’opzione mista ha per la prima volta un costo aggiuntivo inferiore. Se il risparmio per scheda viene meno, non sarà possibile recuperare questi costi di preparazione grazie a tale risparmio.
Un preventivo reale può dare risultati diversi perché area della scheda, fabbricazione dei fori, approvvigionamento, qualificazione, attrezzature, ispezione e rese possono variare. Fornisci a ciascun fornitore gli stessi requisiti e le stesse quantità. La guida ai file necessari per un preventivo PCBA spiega quali informazioni di progettazione, componenti e collaudo preparare.
Domande frequenti sul montaggio superficiale e through-hole
È possibile montare componenti a montaggio superficiale e through-hole sulla stessa PCB?
Sì. Una PCB a tecnologia mista può combinare circuiti integrati e componenti passivi a montaggio superficiale con connettori through-hole o altri componenti. Il processo di assemblaggio dipende dai componenti scelti, dal layout della scheda e dai processi disponibili.
Il through-hole è sempre più affidabile?
No. L’affidabilità dipende dal componente, dai carichi, dal supporto della scheda, dall’ambiente, dal processo di saldatura e dalla qualificazione. I terminali through-hole possono contribuire alla tenuta meccanica; anche un connettore a montaggio superficiale adeguatamente supportato può soddisfare i requisiti. Verifica il progetto effettivo e le condizioni di collaudo.
La tecnologia SMT costa meno per una piccola produzione?
Non necessariamente. Contano il prezzo dei componenti, la manodopera, i costi di preparazione, le attrezzature già necessarie e il numero di schede. Richiedi preventivi per le quantità previste; l’esempio di costo riportato sopra si basa soltanto su un insieme ipotetico di presupposti.
SMD e SMT sono la stessa cosa?
No. Un SMD è un dispositivo a montaggio superficiale, cioè il componente. SMT è la tecnologia utilizzata per montarlo su piazzole superficiali. Una scheda assemblata con tecnologia SMT può contenere anche componenti through-hole.
Prepara la richiesta di assemblaggio
Quando richiedi un preventivo, condividi i file della scheda, la distinta base, le quantità previste, i requisiti di carico dei connettori e l’ambito desiderato per ispezione o collaudo servizi di assemblaggio PCB. Una valutazione specifica del progetto può confrontare i componenti, il layout e il processo prima che tu scelga una delle due opzioni.
