表面実装とスルーホールの比較：主な違い、コスト、選び方

表面実装部品は、回路基板の表面にあるパッドに取り付けます。スルーホール部品は、リードを基板の穴に通してはんだ付けします。表面実装技術（SMT）は、コンパクトなレイアウトや自動組立に適していることが多く、スルーホール技術（THT）は、選定した部品やその機械的負荷に応じて有用な場合があります。多くの基板では両方が使われます。

適切な選択は、部品、部品にかかる力、基板レイアウト、生産計画によって異なります。この比較では、そうした判断を一つずつ検討し、架空の混載技術基板を組み立てる過程と、例示的なコスト計算を見ていきます。

要点

• 表面実装部品は表面のパッドに取り付け、スルーホール部品はリードを基板の穴に通します。
• SMTは一般に高密度なレイアウトを実現しやすく、自動実装にも対応しています。スルーホールのリードは荷重を支える経路を追加できる場合がありますが、どちらの方法もはんだ接合部の信頼性を保証するものではありません。
• 混載基板では、コンパクトな部品にSMTを使い、実際の部品や荷重要件に応じてスルーホール部品を使うことができます。
• 予定数量における段取り、部品、基板製造、組立の各コストを比較しましょう。ある前提条件で算出した損益分岐点は、普遍的な基準ではありません。

表面実装とスルーホールの主な違い

対価	表面実装	スルーホール
取り付け方法	端子を基板表面のパッドにはんだ付けします。	リードを穴に通し、基板にはんだ付けします。
スペースと配線	小型パッケージや基板の両面への実装により、高密度なレイアウトが可能になります。	部品の穴が基板面積を占有し、ほかの層への配線を制限する場合があります。
一般的な組立方法	はんだペーストの塗布、自動実装、リフローが一般的です。	部品を挿入した後、手はんだ付け、フローはんだ付け、または選択はんだ付けを行うのが一般的です。
機械的負荷	はんだ接合部にかかる荷重、固定機構、筐体による支持の有無を確認してください。	リードとめっきスルーホールは荷重を支えるのに役立つ場合がありますが、支持と試験も重要です。
リワーク	小さな接合部や見えにくい接合部には、専用工具が必要になる場合があります。	リードに手が届きやすいため手はんだ付けには便利ですが、多ピン部品は取り外しが難しい場合があります。
コスト要因	部品、ステンシルと装置の段取り、実装、リフロー、検査。	部品、穴あけ、必要に応じた挿入、はんだ付け、治具、検査の各工程。

これらは設計上の傾向であり、すべてのパッケージに当てはまる評価ではありません。Texas Instrumentsの 電圧レギュレータのパッケージに関する概要 では、たとえばスルーホールのリードが下層の配線を妨げることがあると説明されています。実際の制約は基板と部品によって異なります。

SMT、SMD、スルーホール技術とは？

表面実装技術 とは、部品をPCB表面の導電性パッドに取り付ける方法です。表面実装デバイス（ SMD）は、その方法で実装するよう設計された部品です。SMDには、見えるリード、端子、または本体の下側に接点があるものがあります。 表面実装技術ガイド では、一般的なパッケージと組立工程について説明しています。

スルーホール技術 は、部品のリードを基板の穴に挿入する方法です。電気接続に用いる穴は、一般にめっきされています。つまり、穴の内壁が銅で覆われ、必要なパッドや層に接続されています。非めっき穴には導電性の内壁がなく、一般に機械的な目的で使用されます。穴の種類やレイアウト上の考慮事項については、 スルーホールPCB設計ガイド をご覧ください。

表紙の図は簡略化した断面図で、どちらも縮尺どおりではありません。同じPCB上に両方の実装方法を組み合わせることができます。

設計と信頼性のトレードオフ

基板スペースと配線

SMTでは多くの小型パッケージが利用でき、基板のどちらの面にも適切な部品を実装できます。この柔軟性は高密度設計に役立ちますが、各パッケージには個別のパッドパターンやクリアランスが必要であり、組立やリワークのためのアクセスも考慮する必要があります。

スルーホールのリードは穴とその周囲のクリアランスを占有します。多層基板に穴を設けると、穴の入口と出口の間にある層の配線も妨げられる場合があります。実際の部品フットプリントと基板メーカーの設計ルールを比較してください。特定のSMDが、あらゆるスルーホール部品より小さいとは限りません。

機械的ストレスと電気的性能

ユーザーが抜き差しするコネクタでは、嵌合部に加わる力がコネクタ、はんだ接合部、基板、筐体へどう伝わるかを確認してください。スルーホールのリードは機械的な保持に役立つ場合があります。表面実装コネクタにも保持機構が備わっているものがあり、ファスナーや筐体で支持できる場合もあります。

Samtecの コネクタ用ロッククリップに関するガイダンス 追加の保持力や、繰り返しの嵌合が接合部に与える負荷について説明しています。選定した部品の図面、定格荷重、想定される試験を確認してください。取り付け方式だけでは、振動や繰り返し使用に対する信頼性は保証されません。

熱および電気的な限界についても同様の注意が必要です。各部品の電流、電圧、温度の定格と、基板の熱設計を確認してください。Texas Instrumentsは、 適切なPCBレイアウトにより、一部の表面実装パッケージで、特定のスルーホールパッケージと同等の熱抵抗を実現できると述べています。どちらの実装方式も、本質的に高電力向きというわけではありません。

試作、再作業、部品の入手性

リードに手が届きやすい大型のスルーホール部品は、手作業で取り付けやすい場合があります。一方、めっきスルーホールの多層基板から、はんだ付けピンの多いコネクタを取り外すのは難しいことがあります。SMTの再作業は、手作業ではんだ付けしやすい部品から、小さな接合部や隠れた接合部のために拡大鏡や温度制御式の熱風装置などを必要とする作業までさまざまです。

フットプリントを確定する前に、部品の入手性を確認してください。必要なIC、コネクタ、交換部品が一種類のパッケージでしか提供されていない場合があります。また、見た目が似ているパッケージでも、ピン配置や定格が異なることがあります。

SMTとスルーホールを混在させた基板の選び方

次のような 架空のコントローラ基板 を例に、表面実装ICが1個、0603サイズ（インチ表記）の表面実装抵抗器、および抜き差しする4接点コネクタがあるものとします。次の2つの候補レイアウトでは、ICと抵抗器は変更しません。

• SMT案： スルーホール固定タブのない4接点表面実装コネクタ。
• 混載案： 同じSMT基板に取り付ける4接点スルーホールコネクタ。

この例では、条件に合う候補部品が存在する可能性を想定しています。実在する2つのコネクタに互換性があることを示すものではありません。比較する前に、ピン配置、定格、寸法、相手側部品を確認してください。

要件	SMT候補	混載候補	選定前の確認事項
電気的特性と適合性	表面パッド用フットプリント。	リードおよび穴用フットプリント。	ピン配置、電圧・電流定格、相手側部品、筐体とのクリアランス。
嵌合時の負荷	接合部と筐体による支持を評価する。	リード、バレル、基板にかかる負荷を評価する。	挿入力、保持機構、嵌合回数、必要な試験。
レイアウト	パッドと再作業用のアクセススペースを確保する。	めっき穴と配線用のクリアランスを確保する。	メーカーの図面、基板設計ルール、選定した製造工程での作業スペース。
製造	コネクタの配置とリフローへの適合性を確認する。	部品挿入と適切なはんだ付け作業を計画する。	実装業者によるレビュー、検査スペース、部品供給、見積もりの前提条件。

SMTコネクタが、利用可能な支持方法で負荷要件を満たし、合意した試験に合格するなら、この基板ではより簡単な方法となる可能性があります。スルーホール候補のほうが、確認済みの機械的要件または部品要件をよりよく満たすなら、追加の工程を加える価値があるかもしれません。選定前に、実際のレイアウトについて実装業者に製造性レビューを依頼してください。どちらの結論も、取り付け方式だけから導かれるものではありません。

SMTとスルーホールを混在させた基板の実装方法

混載基板では、一般に次のような順序で作業します。

1. はんだペーストを塗布する 必要な表面パッドに塗布します。多くの場合、ステンシルを使用します。
2. 適切なSMDを配置する 基板をリフローし、ペーストを溶かしてはんだ接合部を形成します。
3. スルーホール部品を挿入するその後、適切な手はんだ、ウェーブはんだ、または選択はんだの工程でリードをはんだ付けします。
4. 検査と合意済みの試験を行う 製造、部品、受け入れ要件に応じて実施します。

基板の向き、両面の部品、耐熱限界、マスキング、クリアランス、利用可能な設備によって、順序が変わることがあります。選択はんだ付けは個々の領域を狙ってはんだ付けする方法で、混載実装に適する場合がありますが、唯一の方法ではありません。Altiumの PCBのはんだ付け工程の概要 では、リフロー、ウェーブ、選択はんだ付けの方法について説明しています。

条件を満たす一部のスルーホール部品は、 ピン・イン・ペースト・リフローはんだペーストを穴の開口部に塗布し、リードを挿入して、はんだが溶けるまで加熱します。 IPCが公開している技術論文では 、部品の寸法や耐熱性がリフローの制約になる場合があると説明されています。また、この工程はペースト量、フットプリント、実装業者の対応能力にも左右されます。すべてのコネクタがリフロー炉を通せると想定しないでください。炉内の各工程とプロファイルの検討事項については、 リフローはんだ付けガイド.

実装業者と検査・合格基準について合意してください。 IPC規格の概要 では、J-STD-001のはんだ付け実装品に関する要件と、IPC-A-610の外観上の合否判定基準について説明しています。製品クラスや検査方法を決めつけず、顧客との契約および適用される規格の版を確認してください。

SMT実装とスルーホール実装のコストに影響する要因は？

最適な比較を行うには、両方の方式で基板要件と生産数量を同じにします。コストには、部品、裸基板の製造、段取り、部品の搭載または挿入、はんだ付け、検査、歩留まり、物流などが含まれます。スルーホールコネクタでは工程が一つ増える場合があり、SMTコネクタでは部品価格や必要なサポートが異なる場合があります。

以下の数値は 計算例を示す目的だけで架空に設定したものです。サプライヤーの見積もりや実際の企業価格ではありません。架空のコントローラーに基板1枚あたりコネクタが1個あり、どちらの方式も同じSMTラインをすでに使用していると仮定します。コネクタのフットプリントやドリルファイルは異なるものの、基板製造、検査、歩留まりのコストは同じとし、それ以外のコスト差は除外します。

コネクタの方式	追加の段取り費用	基板1枚あたりの追加部品・実装費用	基板100枚	基板1,000枚
SMT	$0	$0.75	$75	$750
SMT基板へのスルーホール実装	$180	$0.40	$220	$580

この例では、混載方式は基板1枚あたり0.35ドルのコストを削減できますが、段取り費用が180ドル追加されます。計算上の損益分岐点は180ドル ÷ 0.35ドルで約514.3枚です。 基板を515枚製造した時点で、混載方式の追加コストが初めて低くなります。基板1枚あたりの削減額がなくなれば、その削減分によって段取り費用を回収することはできません。

基板面積、穴加工、部品調達、認定、治具、検査、歩留まりが異なる場合、実際の見積もりでは結果が変わることがあります。各サプライヤーには同じ要件と数量を提示してください。 PCBAの見積もりに必要なファイル のガイドでは、準備する設計情報、部品情報、検査情報について説明しています。

表面実装とスルーホール実装に関するよくある質問

表面実装部品とスルーホール部品を同じPCBに実装できますか？

はい。混載技術のPCBでは、表面実装のICや受動部品と、スルーホールコネクタなどの部品を組み合わせられます。実装工程は、選定した部品、基板レイアウト、利用可能な工程によって異なります。

スルーホール実装の方が常に信頼性が高いですか？

いいえ。信頼性は、部品、荷重、基板の支持、使用環境、はんだ付け工程、認定条件によって異なります。スルーホールのリードは機械的な保持に役立つ場合がありますが、適切に支持された表面実装コネクタでも要件を満たせることがあります。実際の設計と試験条件を確認してください。

少量生産ならSMTの方が安価ですか？

必ずしもそうとは限りません。部品価格、人件費、段取り、必要な設備、生産枚数などが影響します。想定している数量で見積もりを依頼してください。上記のコスト例は、あくまで架空の条件に基づく一例です。

SMDとSMTは同じ意味ですか？

いいえ。SMDは表面実装デバイス、つまり部品を指します。SMTは、その部品を表面パッドに実装する技術です。SMTで実装された基板にも、スルーホール部品を搭載できます。

実装依頼の準備

見積もりを依頼する際は、基板ファイル、部品表、希望数量、コネクタに必要な荷重条件、希望する検査または試験の範囲を共有してください。 PCB実装サービスプロジェクトに応じたレビューを行えば、いずれかの方式を決定する前に、部品、レイアウト、工程を比較できます。