Componentes de montagem em superfície são fixados a pads na superfície de uma placa de circuito. Componentes through-hole têm terminais que passam por furos na placa para serem soldados. A tecnologia de montagem em superfície (SMT) costuma ser adequada a layouts compactos e à montagem automatizada; a tecnologia through-hole (THT) pode ser útil quando um componente específico ou a carga mecânica a que está sujeito assim exigir. Muitas placas usam ambas.
A escolha certa depende dos componentes, das forças a que são submetidos, do layout da placa e do plano de produção. Esta comparação analisa essas decisões uma a uma e, em seguida, acompanha uma placa fictícia com tecnologias mistas durante a montagem e um cálculo ilustrativo de custos.
Principais conclusões
- Componentes de montagem em superfície são fixados em pads na superfície; os terminais dos componentes through-hole passam por furos na placa.
- Em geral, a SMT oferece maior densidade de layout e permite a colocação automatizada. Os terminais through-hole podem oferecer um caminho adicional para suportar cargas, mas nenhum dos métodos garante a confiabilidade das juntas de solda.
- Uma placa com tecnologias mistas pode usar SMT para componentes compactos e componentes through-hole quando os requisitos reais do componente e da carga justificarem essa escolha.
- Compare os custos de preparação, componentes, fabricação e montagem nas quantidades previstas. Um ponto de equilíbrio calculado com base em um conjunto de premissas não é um limite universal.
Montagem em superfície vs. through-hole: principais diferenças
| Consideração | Montagem em superfície | Through-hole |
|---|---|---|
| Fixação | Os terminais são soldados a pads na superfície da placa. | Os terminais passam por furos e são soldados à placa. |
| Espaço e roteamento | Encapsulamentos pequenos e a colocação em ambos os lados podem permitir layouts densos. | Os furos dos componentes ocupam espaço na placa e podem restringir o roteamento nas demais camadas. |
| Montagem típica | É comum aplicar pasta de solda, posicionar os componentes automaticamente e fazer a refusão. | É comum inserir os componentes e, em seguida, soldá-los manualmente, por onda ou seletivamente. |
| Carga mecânica | Verifique a carga sobre as juntas de solda, os recursos de retenção e qualquer suporte fornecido pelo gabinete. | Os terminais e os furos metalizados podem ajudar a suportar cargas; o suporte e os testes continuam sendo importantes. |
| Retrabalho | Juntas pequenas ou ocultas podem exigir ferramentas especializadas. | Terminais acessíveis podem facilitar a soldagem manual, mas pode ser difícil remover componentes com vários pinos. |
| Fatores de custo | Componentes, estêncil e preparação da máquina, posicionamento, refusão e inspeção. | Componentes, perfuração e quaisquer etapas de inserção, soldagem, fixação e inspeção. |
Estas são tendências de projeto, não classificações válidas para todos os encapsulamentos. A visão geral da Texas Instruments sobre encapsulamentos de reguladores de tensão observa, por exemplo, que os terminais through-hole podem obstruir trilhas nas camadas inferiores. A restrição real depende da placa e do componente.
O que são SMT, SMD e tecnologia through-hole?
Tecnologia de montagem em superfície é um método de fixação de componentes a pads condutores na superfície da PCB. Um dispositivo de montagem em superfície, ou SMD, é um componente projetado para esse método. Um SMD pode ter terminais visíveis, terminações nas extremidades ou contatos sob o corpo. O guia de tecnologia de montagem em superfície explica os encapsulamentos comuns e as etapas de montagem.
Tecnologia de furo passante usa terminais de componentes inseridos em furos na placa. Para conexões elétricas, os furos geralmente são metalizados: uma camada de cobre reveste a parede do furo e a conecta aos pads ou às camadas necessários. Um furo não metalizado não tem parede condutora e geralmente serve a uma finalidade mecânica. Consulte o guia de projeto de PCB through-hole para conhecer os tipos de furos e as considerações de layout.
A ilustração da capa mostra seções transversais simplificadas; nenhum dos desenhos está em escala. Um projeto pode combinar os dois métodos de montagem na mesma PCB.
Compromissos de projeto e confiabilidade
Espaço na placa e roteamento
A SMT oferece muitos encapsulamentos pequenos e permite colocar componentes adequados em qualquer uma das faces da placa. Essa flexibilidade pode ajudar em projetos densos, embora cada encapsulamento precise de seu próprio padrão de pads, folgas e acesso para montagem ou retrabalho.
Um terminal through-hole ocupa um furo e a folga correspondente. Um furo que atravessa uma placa multicamada também pode interromper o roteamento nas camadas entre a entrada e a saída do furo. Compare os footprints reais dos componentes com as regras de projeto do fabricante da placa: um SMD específico não é necessariamente menor do que todas as alternativas through-hole.
Estresse mecânico e desempenho elétrico
No caso de um conector que os usuários encaixam e desencaixam, acompanhe o caminho da força, desde a interface de acoplamento até o conector, as juntas de solda, a placa e o gabinete. Os terminais through-hole podem contribuir para a retenção mecânica. Alguns conectores de montagem em superfície também têm recursos de retenção ou podem ser apoiados por fixadores ou pelo gabinete.
A orientação da Samtec sobre presilhas de trava para conectores aborda a retenção adicional e o esforço que o encaixe repetido pode impor às juntas. Consulte o desenho do componente selecionado, suas classificações de carga e os testes previstos; o estilo de montagem, por si só, não determina a confiabilidade sob vibração ou uso repetido.
O mesmo cuidado se aplica aos limites térmicos e elétricos. Use as classificações de corrente, tensão e temperatura de cada componente, além do projeto térmico da placa. A Texas Instruments observa que um layout de PCB adequado pode proporcionar a alguns encapsulamentos para montagem em superfície uma resistência térmica comparável à de certos encapsulamentos para montagem em furo. Nenhum dos métodos de montagem é, por natureza, a opção de alta potência.
Prototipagem, retrabalho e disponibilidade de componentes
Uma peça grande para montagem em furo, com terminais acessíveis, pode ser fácil de instalar manualmente. Remover um conector com muitos pinos soldados de uma placa multicamadas com furos metalizados pode ser mais difícil. O retrabalho em SMT varia desde a simples soldagem manual de componentes acessíveis até trabalhos que exigem ampliação, ar quente controlado ou outros equipamentos para juntas pequenas ou ocultas.
Verifique a disponibilidade antes de definir um footprint. Um CI, conector ou componente de reposição necessário pode ser oferecido em apenas um encapsulamento, e um encapsulamento aparentemente semelhante pode ter uma pinagem ou classificação diferente.
Como escolher para uma placa com tecnologias mistas
Considere um(a) placa controladora fictícia com um CI de montagem em superfície, resistores de montagem em superfície de tamanho imperial 0603 e um conector de quatro contatos que será conectado e desconectado. Duas opções de layout mantêm o CI e os resistores inalterados:
- Opção SMT: um conector de quatro contatos para montagem em superfície, sem abas de fixação em furo.
- Opção mista: um conector de quatro contatos para montagem em furo na mesma placa SMT.
O exemplo pressupõe que possam existir opções adequadas. Ele não comprova que quaisquer dois conectores reais sejam intercambiáveis. Confirme a pinagem, as classificações, as dimensões e as peças correspondentes antes de compará-los.
| Requisito | Opção SMT | Opção mista | Verifique antes de escolher |
|---|---|---|---|
| Elétrica e encaixe | Footprint para pads de superfície. | Footprint para terminais e furos. | Pinagem, classificações de tensão e corrente, peça correspondente e folga em relação ao invólucro. |
| Esforço de conexão | Avalie o suporte da junta e do invólucro. | Avalie o esforço sobre o terminal, o barril do furo e a placa. | Força de inserção, recursos de retenção, ciclos de conexão e testes necessários. |
| Layout | Reserve espaço para os pads e acesso para retrabalho. | Reserve furos metalizados e folga para o roteamento. | Desenhos do fabricante, regras da placa e acesso para o processo escolhido. |
| Produção | Verifique o posicionamento do conector e a compatibilidade com o refluxo. | Planeje a inserção e uma operação de soldagem adequada. | Análise do montador, acesso para inspeção, fornecimento de componentes e premissas para o orçamento. |
Se o conector SMT atender aos requisitos de esforço com o suporte disponível e passar nos testes acordados, poderá ser a opção mais simples para esta placa. Se a opção para montagem em furo atender melhor aos requisitos mecânicos ou de componentes verificados, a operação adicional poderá valer a pena. Antes de escolher, peça ao montador uma análise de projeto para manufatura do layout real; nenhuma dessas conclusões decorre apenas do estilo de montagem.
Como são montadas placas com SMT e montagem em furo
Uma sequência comum para uma placa mista é:
- Aplicar pasta de solda nos pads de superfície necessários, muitas vezes usando um estêncil.
- Posicionar os SMDs adequados e submeter a placa ao refluxo para que a pasta forme juntas de solda.
- Inserir os componentes de montagem em furo, e então soldar seus terminais por um processo manual, por onda ou seletivo adequado.
- Inspecionar e realizar os testes acordados para a montagem, os componentes e os requisitos de aceitação.
A ordem pode variar conforme a orientação da placa, os componentes em ambos os lados, os limites de temperatura, o mascaramento, as folgas e os equipamentos disponíveis. A soldagem seletiva direciona o processo a áreas específicas e pode ser adequada para uma montagem mista; não é a única opção possível. A visão geral dos processos de soldagem de PCB da Altium descreve os métodos por refluxo, onda e seletivo.
Alguns componentes de montagem em furo devidamente qualificados podem ser montados usando refluxo com pino na pasta. A pasta é depositada nas aberturas dos furos, os terminais são inseridos e o conjunto é aquecido para derreter a solda. Um artigo técnico hospedado pela IPC observa que as dimensões dos componentes e a resistência ao calor podem limitar a refusão. O processo também depende do volume de pasta, do footprint e dos recursos do montador. Não presuma que todo conector possa passar por um forno de refusão. Para conhecer as etapas do forno e os fatores relacionados ao perfil, consulte guia de soldagem por refluxo.
Defina com o montador os requisitos de inspeção e aceitação. O panorama das normas IPC descreve os requisitos de montagem com solda da J-STD-001 e os critérios de aceitabilidade visual da IPC-A-610. Consulte o contrato com o cliente e a edição aplicável, em vez de presumir uma classe de produto ou método de inspeção.
O que afeta o custo da montagem SMT em comparação com a montagem through-hole?
A melhor comparação usa os mesmos requisitos de placa e o mesmo volume para as duas opções. Os custos podem incluir componentes, fabricação da placa nua, preparação, posicionamento ou inserção, soldagem, inspeção, rendimento e logística. Um conector through-hole pode acrescentar uma etapa ao processo; um conector SMT pode ter um preço ou requisito de suporte diferente.
Os valores a seguir são fictícios e servem apenas para ilustrar o cálculo. Eles não são uma cotação de fornecedor nem preços de uma empresa. Suponha que o controlador fictício tenha um conector por placa e que ambas as opções já usem a mesma linha SMT. Mantenha iguais os custos de fabricação, teste e rendimento, embora os footprints dos conectores e os arquivos de furação sejam diferentes; exclua todas as demais diferenças de custo.
| Opção de conector | Custo adicional de preparação | Custo adicional por placa do componente e da montagem | 100 placas | 1.000 placas |
|---|---|---|---|---|
| SMT | $0 | $0.75 | $75 | $750 |
| Through-hole em placa SMT | $180 | $0.40 | $220 | $580 |
Curva de comparação de custos mostrando o ponto de equilíbrio em que a montagem SMT e a through-hole se cruzam, em 515 placas de circuitoNeste exemplo, a opção mista economiza US$ 0,35 por placa, mas acrescenta US$ 180 de preparação. O ponto de equilíbrio calculado é US$ 180 ÷ US$ 0,35, ou cerca de 514,3 placas; a partir de 515 placas inteiras, a opção mista passa a ter o menor custo adicional. Se a economia por placa desaparecer, não será possível recuperar esse custo de preparação com essa economia.
Uma cotação real pode mudar o resultado, pois a área da placa, a fabricação dos furos, o fornecimento de componentes, a qualificação, os dispositivos, a inspeção e os rendimentos podem variar. Envie os mesmos requisitos e quantidades a cada fornecedor. O guia sobre arquivos necessários para uma cotação de PCBA explica quais informações de projeto, componentes e testes devem ser preparadas.
Perguntas frequentes sobre montagem em superfície e through-hole
É possível instalar componentes de montagem em superfície e through-hole na mesma PCB?
Sim. Uma PCB de tecnologia mista pode combinar CIs e componentes passivos de montagem em superfície com conectores through-hole ou outras peças. O processo de montagem depende dos componentes selecionados, do layout da placa e dos processos disponíveis.
A montagem through-hole é sempre mais confiável?
Não. A confiabilidade depende do componente, da carga, do suporte da placa, do ambiente, do processo de soldagem e da qualificação. Os terminais through-hole podem ajudar na fixação mecânica; um conector de montagem em superfície com suporte adequado também pode atender aos requisitos. Verifique o projeto e as condições de teste reais.
A montagem SMT é mais barata para um lote pequeno?
Não necessariamente. Os preços dos componentes, a mão de obra, a preparação, os equipamentos já necessários e a quantidade de placas são fatores importantes. Solicite cotações para as quantidades previstas; o exemplo de custo acima usa apenas um conjunto fictício de premissas.
SMD é a mesma coisa que SMT?
Não. SMD é um dispositivo de montagem em superfície, ou seja, o componente. SMT é a tecnologia usada para montá-lo em pads de superfície. Uma placa montada com SMT também pode conter componentes through-hole.
Prepare sua solicitação de montagem
Ao solicitar os serviços de montagem de PCBs, compartilhe os arquivos da placa, a lista de materiais, as quantidades previstas, os requisitos de carga dos conectores e o escopo desejado de inspeção ou teste. Uma análise específica do projeto pode comparar os componentes, o layout e o processo antes de você optar por uma das alternativas.
