Компоненты для поверхностного монтажа крепятся к контактным площадкам на поверхности печатной платы. У компонентов для сквозного монтажа выводы проходят через отверстия в плате и припаиваются. Технология поверхностного монтажа (SMT) часто подходит для компактных компоновок и автоматизированной сборки; технология сквозного монтажа (THT) может быть полезна, если этого требует выбранный компонент или механическая нагрузка на него. Во многих платах используются оба способа.
Выбор зависит от компонентов, действующих на них сил, компоновки платы и плана производства. В этом сравнении решения рассматриваются по очереди, а затем на примере вымышленной платы со смешанной технологией показаны сборка и пример расчёта стоимости.
Ключевые выводы
- Компоненты для поверхностного монтажа крепятся к контактным площадкам; выводы компонентов для сквозного монтажа проходят через отверстия в плате.
- SMT обычно позволяет добиться более плотной компоновки и поддерживает автоматизированный монтаж. Выводы компонентов для сквозного монтажа могут служить дополнительным путём передачи нагрузки, но ни один из способов не гарантирует надёжность паяного соединения.
- В смешанной плате можно использовать SMT для компактных компонентов, а сквозной монтаж — там, где его применение оправдано конкретным компонентом и требованиями к нагрузке.
- Сравните затраты на подготовку производства, компоненты, изготовление и сборку для планируемых объёмов. Порог окупаемости, рассчитанный при определённых допущениях, не является универсальным.
Поверхностный и сквозной монтаж: ключевые различия
| Рассмотрение | Поверхностный монтаж | Сквозной монтаж |
|---|---|---|
| Крепление | Выводы припаиваются к контактным площадкам на поверхности платы. | Выводы проходят через отверстия и припаиваются к плате. |
| Место на плате и трассировка | Компактные корпуса и возможность монтажа компонентов с обеих сторон платы позволяют создавать плотную компоновку. | Отверстия для компонентов занимают место на плате и могут ограничивать трассировку на других слоях. |
| Типичная сборка | Обычно применяются нанесение паяльной пасты, автоматизированный монтаж компонентов и оплавление припоя. | Обычно компоненты устанавливают в отверстия, а затем паяют вручную, волной или селективно. |
| Механическая нагрузка | Проверьте нагрузку на паяные соединения, наличие фиксирующих элементов и поддержку корпусом устройства. | Выводы и металлизированные отверстия могут помогать выдерживать нагрузку; поддержка и испытания по-прежнему важны. |
| Демонтаж и повторный монтаж | Для работы с небольшими или скрытыми паяными соединениями могут потребоваться специальные инструменты. | Доступные выводы удобно паять вручную, но многовыводные компоненты бывает трудно снять. |
| Факторы стоимости | Компоненты, трафарет и настройка оборудования, монтаж, оплавление припоя и контроль. | Компоненты, сверление и любые операции по установке, пайке, монтажу в оснастку и контролю. |
Это общие тенденции проектирования, а не характеристики каждого корпуса. Например, в обзоре корпусов для стабилизаторов напряжения Texas Instruments отмечает, что выводы компонентов для сквозного монтажа могут перекрывать трассы на нижележащих слоях. Фактические ограничения зависят от платы и компонента.
Что такое SMT, SMD и технология сквозного монтажа?
Технология поверхностного монтажа — это способ крепления компонентов к токопроводящим контактным площадкам на поверхности печатной платы. Компонент для поверхностного монтажа, или SMD, — это компонент, предназначенный для такого способа монтажа. У SMD могут быть видимые выводы, торцевые контакты или контакты под корпусом. В руководстве по технологии поверхностного монтажа рассматриваются распространённые типы корпусов и этапы сборки.
Технология с открытыми отверстиями предполагает установку выводов компонентов в отверстия платы. Для электрического соединения отверстия обычно металлизируют: стенки покрывают медью, соединяя её с нужными контактными площадками или слоями. В неметаллизированном отверстии нет токопроводящего слоя; обычно оно служит механическим целям. Подробнее о типах отверстий и особенностях компоновки см. в руководстве по проектированию печатных плат со сквозным монтажом .
На иллюстрации на обложке показаны упрощённые поперечные сечения; рисунки выполнены не в масштабе. На одной печатной плате можно сочетать оба способа монтажа.
Компромиссы при проектировании и надёжность
Место на плате и трассировка
SMT предлагает множество компактных корпусов и позволяет размещать подходящие компоненты на обеих сторонах платы. Такая гибкость может помочь при плотной компоновке, однако для каждого корпуса нужны собственный рисунок контактных площадок, зазоры и доступ для сборки или ремонта.
Вывод компонента для сквозного монтажа занимает отверстие и требует соответствующего зазора. Отверстие в многослойной плате также может прерывать трассировку на слоях между точками входа и выхода. Сравните фактические посадочные места компонентов и правила проектирования изготовителя: конкретный SMD не обязательно меньше любого аналога для сквозного монтажа.
Механические нагрузки и электрические характеристики
Если пользователи будут многократно подключать и отключать разъём, проследите путь передачи усилия от сопрягаемого разъёма через сам разъём, паяные соединения и плату к корпусу устройства. Выводы для сквозного монтажа могут повысить механическую прочность крепления. У некоторых разъёмов для поверхностного монтажа также есть фиксирующие элементы; кроме того, их можно закрепить с помощью крепежа или корпуса устройства.
В рекомендациях Samtec по фиксирующим защёлкам разъёмов рассматривает повышенное удержание и нагрузку, которую повторное соединение может создавать для контактов. Проверьте чертёж выбранной детали, допустимые нагрузки и предусмотренные испытания; один лишь способ монтажа не гарантирует надёжность при вибрации или многократном использовании.
Такая же осторожность необходима при оценке тепловых и электрических ограничений. Используйте актуальные номинальные значения тока, напряжения и температуры для каждой детали, а также учитывайте тепловую конструкцию платы. Texas Instruments отмечает, что подходящая компоновка печатной платы может обеспечить для некоторых корпусов поверхностного монтажа тепловое сопротивление, сопоставимое с тепловым сопротивлением определённых корпусов для монтажа в отверстия. Ни один из способов монтажа сам по себе не является предпочтительным для приложений с высокой мощностью.
Прототипирование, доработка и доступность компонентов
Крупную деталь для монтажа в отверстия с доступными выводами может быть несложно установить вручную. Снять разъём со множеством припаянных выводов с многослойной платы с металлизированными отверстиями может быть труднее. Доработка SMT-компонентов варьируется от простой ручной пайки доступных деталей до работ, требующих увеличения, контролируемого нагрева горячим воздухом или другого оборудования для небольших или скрытых паяных соединений.
Проверьте доступность компонентов, прежде чем утверждать посадочное место. Нужная микросхема, разъём или запасная деталь могут выпускаться только в одном корпусе, а внешне похожий корпус может иметь другую распиновку или номинальные характеристики.
Как выбрать вариант для платы со смешанной технологией монтажа
Рассмотрим условной платы контроллера с одной микросхемой поверхностного монтажа, резисторами поверхностного монтажа типоразмера 0603 в дюймовой системе и четырёхконтактным разъёмом, который будут многократно подключать и отключать. В двух рассматриваемых вариантах компоновки микросхема и резисторы остаются без изменений:
- Вариант SMT: четырёхконтактный разъём поверхностного монтажа без крепёжных выводов для монтажа в отверстия.
- Смешанный вариант: четырёхконтактный разъём для монтажа в отверстия на той же плате SMT.
В этом примере предполагается, что могут существовать подходящие варианты. Он не доказывает, что любые два реальных разъёма взаимозаменяемы. Прежде чем сравнивать их, проверьте распиновку, номинальные характеристики, размеры и ответные части.
| Требование | Вариант SMT | Смешанный вариант | Что проверить перед выбором |
|---|---|---|---|
| Электрические характеристики и совместимость по размерам | Посадочное место с контактными площадками для поверхностного монтажа. | Посадочное место для выводов и отверстий. | Распиновку, номинальные значения напряжения и тока, ответную часть и зазоры до корпуса устройства. |
| Нагрузка при сопряжении | Оцените нагрузку на паяные соединения и опору со стороны корпуса устройства. | Оцените нагрузку на выводы, металлизированные отверстия и плату. | Усилие подключения, элементы фиксации, число циклов подключения и требуемые испытания. |
| Компоновка | Предусмотрите место для контактных площадок и доступа при доработке. | Предусмотрите металлизированные отверстия и зазоры для трассировки. | Чертежи производителя, требования к плате и доступ для выбранного технологического процесса. |
| Производство | Проверьте размещение разъёма и совместимость с пайкой оплавлением. | Спланируйте установку выводов и подходящую операцию пайки. | Проверка сборщиком, доступ для контроля, поставки компонентов и допущения, заложенные в расчёт стоимости. |
Если разъём SMT соответствует требованиям по нагрузке при имеющейся опоре и успешно проходит согласованные испытания, для этой платы он может оказаться более простым решением. Если вариант для монтажа в отверстия лучше отвечает подтверждённым механическим требованиям или требованиям к компонентам, дополнительная операция может быть оправдана. До выбора попросите сборщика проверить фактическую компоновку на технологичность; ни один из этих выводов нельзя сделать только на основании способа монтажа.
Как собирают платы со смешанным монтажом SMT и компонентов в отверстия
Типовая последовательность сборки такой платы:
- Нанесите паяльную пасту на требуемые контактные площадки для поверхностного монтажа, часто с помощью трафарета.
- Установите подходящие SMD-компоненты и выполните пайку оплавлением, чтобы паста сформировала паяные соединения.
- Установите компоненты для монтажа в отверстия, затем припаяйте их выводы подходящим способом: вручную, волной припоя или селективной пайкой.
- Проведите осмотр и согласованные испытания в соответствии с требованиями к сборке, компонентам и приёмке.
Порядок операций может меняться в зависимости от ориентации платы, наличия компонентов с обеих сторон, температурных ограничений, маскирования, зазоров и доступного оборудования. Селективная пайка позволяет обрабатывать отдельные участки и может подходить для смешанного монтажа, но это не единственный возможный способ. В обзоре процессов пайки печатных плат компании Altium описаны пайка оплавлением, волной припоя и селективная пайка.
Некоторые компоненты для монтажа в отверстия, имеющие соответствующие квалификационные характеристики, можно устанавливать методом монтажа выводов в пасту с последующей пайкой оплавлениемПаста наносится на отверстия, в них вставляются выводы, затем сборку нагревают, чтобы припой расплавился. В технической статье, размещённой IPC, отмечается, что размеры компонентов и их термостойкость могут ограничивать возможность оплавления. Процесс также зависит от объёма паяльной пасты, контактной площадки и возможностей сборщика. Не следует считать, что любой разъём можно провести через печь оплавления. О стадиях процесса в печи и особенностях профиля нагрева см. в руководство по пайке оплавлением.
Согласуйте с сборщиком требования к проверке и приёмке. В обзоре стандартов IPC описаны требования J-STD-001 к паяным сборкам и критерии визуальной приемлемости IPC-A-610. Проверьте договор с заказчиком и применимую редакцию стандарта, а не полагайтесь на предположения о классе изделия или методе проверки.
Что влияет на стоимость поверхностного и сквозного монтажа?
Для корректного сравнения следует использовать одинаковые требования к плате и одинаковый объём производства для обоих вариантов. В стоимость могут входить компоненты, изготовление голой платы, подготовка производства, установка или монтаж компонентов, пайка, проверка, выход годных изделий и логистика. Разъём для сквозного монтажа может добавить отдельный этап процесса; у разъёма для поверхностного монтажа может быть другая цена или требования к опоре.
Следующие цифры приведены исключительно для иллюстрации расчёта. Это не коммерческое предложение поставщика и не цены компании. Предположим, что в вымышленном контроллере на каждой плате установлен один разъём, а для обоих вариантов уже используется одна и та же линия поверхностного монтажа. Считайте затраты на изготовление платы, тестирование и выход годных изделий одинаковыми, хотя посадочные места разъёмов и файлы сверления различаются; все остальные различия в затратах не учитывайте.
| Вариант разъёма | Дополнительные затраты на подготовку производства | Дополнительные затраты на компонент и сборку одной платы | 100 плат | 1 000 плат |
|---|---|---|---|---|
| SMT | $0 | $0.75 | $75 | $750 |
| Сквозной монтаж на плате для SMT | $180 | $0.40 | $220 | $580 |
График сравнения затрат на сборку с поверхностным и сквозным монтажом, показывающий точку безубыточности при объёме в 515 печатных платВ этом примере смешанный вариант экономит 0,35 доллара на плату, но добавляет 180 долларов затрат на подготовку производства. Расчётная точка безубыточности — 180 ÷ 0,35, то есть около 514,3 платы; при объёме в 515 целых платсмешанный вариант впервые становится дешевле по дополнительным затратам. Если экономия на каждой плате исчезнет, компенсировать эти затраты на подготовку производства за счёт такой экономии не получится.
Реальное коммерческое предложение может изменить результат, поскольку могут различаться площадь платы, изготовление отверстий, закупка компонентов, квалификация, оснастка, проверка и выход годных изделий. Запросите у каждого поставщика расчёт на одинаковых условиях и объёмах. Руководство по файлам, необходимым для расчёта стоимости PCBA объясняет, какие данные о конструкции, компонентах и тестировании следует подготовить.
Часто задаваемые вопросы о поверхностном и сквозном монтаже
Можно ли установить компоненты для поверхностного и сквозного монтажа на одну печатную плату?
Да. На плате со смешанным монтажом можно сочетать микросхемы и пассивные компоненты для поверхностного монтажа с разъёмами или другими компонентами для сквозного монтажа. Маршрут сборки зависит от выбранных компонентов, компоновки платы и доступных технологических процессов.
Всегда ли сквозной монтаж надёжнее?
Нет. Надёжность зависит от компонента, нагрузки, поддержки платы, условий эксплуатации, процесса пайки и квалификационных испытаний. Выводы для сквозного монтажа могут обеспечить лучшее механическое крепление; разъём для поверхностного монтажа с надлежащей опорой также может соответствовать требованиям. Проверьте фактическую конструкцию и условия испытаний.
Дешевле ли SMT при небольшом тираже?
Не обязательно. Имеют значение цены компонентов, трудозатраты, подготовка производства, необходимость в оборудовании и количество плат. Запросите расчёты для предполагаемых объёмов; приведённый выше пример затрат основан лишь на одном вымышленном наборе допущений.
Означают ли SMD и SMT одно и то же?
Нет. SMD — это компонент для поверхностного монтажа. SMT — технология его установки на поверхностные контактные площадки. На плате, собранной с применением SMT, также могут быть компоненты для сквозного монтажа.
Подготовьте запрос на сборку
При запросе услуги по монтажу компонентов на печатные платы. Индивидуальная оценка проекта поможет сравнить компоненты, компоновку и технологический процесс до того, как вы остановитесь на одном из вариантов.
