SMT 대 스루홀: PCB 설계를 위한 올바른 조립 방법 선택

인쇄 회로 기판(PCB)을 설계할 때 엔지니어가 직면하는 가장 중요한 결정 중 하나는 적절한 부품 조립 방법을 선택하는 것입니다. 두 가지 지배적인 기술인 표면 실장 기술(SMT)과 스루홀 기술(도금 스루홀 또는 PTH라고도 함)은 각각 고유한 장점과 한계를 제공합니다. 선도적인 PCB 조립 제조업체인 SUNTOP Electronics는 이러한 방법의 선택이 최종 제품의 기능과 신뢰성뿐만 아니라 제조 가능성, 비용 및 출시 시간에도 영향을 미친다는 것을 이해하고 있습니다.

이 포괄적인 가이드에서는 SMT와 스루홀 조립 간의 기술적 차이점을 살펴보고, 다양한 지표에서 성능을 비교하며, 각 방법을 언제 사용해야 하는지에 대한 실질적인 지침을 제공합니다. 가전제품, 산업용 제어 장치 또는 고신뢰성 의료 기기를 개발하든 이러한 핵심 조립 기술을 이해하면 PCB 설계 단계에서 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

표면 실장 기술(SMT) 이해

SMT란 무엇인가?

표면 실장 기술(SMT)은 리드를 구멍을 통과시킬 필요 없이 전자 부품을 PCB 표면에 직접 장착하는 방법입니다. 1960년대에 개발되어 1980년대에 널리 채택된 SMT는 더 작고 가벼우며 밀도가 높은 회로 기판을 가능하게 하여 전자 제조에 혁명을 일으켰습니다.

보드에 뚫린 구멍을 통과하는 와이어 리드가 있는 기존의 스루홀 부품과 달리, 일반적으로 “칩 부품”이라고 하는 SMT 부품은 PCB 표면의 구리 패드에 직접 납땜하도록 설계된 평평한 단자 또는 작은 리드를 가지고 있습니다.

SMT 조립 작동 방식

SMT 공정에는 몇 가지 정밀한 단계가 포함됩니다.

1. 솔더 페이스트 도포: 스텐실을 베어 PCB 위에 정렬하고 솔더 페이스트(작은 솔더 입자와 플럭스의 혼합물)를 부품이 배치될 패드에 도포합니다.
2. 부품 배치: 고속 픽앤플레이스 기계를 사용하여 SMT 부품을 솔더 페이스트가 코팅된 패드 위에 정밀하게 배치합니다.

3. 리플로우 솔더링: 보드는 리플로우 오븐을 통과하며 제어된 열이 솔더 페이스트를 녹여 영구적인 전기적 및 기계적 연결을 형성합니다.
4. 검사 및 테스트: 자동 광학 검사(AOI), X-레이 검사(BGA와 같은 숨겨진 접합부용) 및 기능 테스트를 통해 품질과 신뢰성을 보장합니다.

이러한 자동화된 워크플로는 시간당 수천 개의 부품이 있는 복잡한 보드를 빠르게 생산할 수 있어 SMT는 대량 생산 환경에 이상적입니다.

SMT의 장점

SMT가 현대 전자 제품의 표준이 된 데에는 타당한 이유가 있습니다. 그 이점은 다음과 같습니다.

• 더 작은 설치 공간: 부품을 보드 양면에 배치할 수 있어 부품 밀도가 크게 증가합니다.
• 더 높은 회로 속도: 리드가 짧아 기생 인덕턴스와 커패시턴스가 감소하여 고주파수에서 신호 무결성이 향상됩니다.
• 더 낮은 재료 비용: 수많은 구멍을 뚫을 필요가 없어 제조 복잡성과 비용이 절감됩니다.
• 자동화된 제조: 자동화된 조립 라인과의 높은 호환성으로 처리량과 일관성이 향상됩니다.
• 경량 설계: 크기와 무게가 중요한 휴대용 및 웨어러블 전자 제품에 이상적입니다.

예를 들어 스마트폰, 태블릿 및 IoT 장치는 공간 제약과 성능 요구 사항으로 인해 거의 전적으로 SMT에 의존합니다.

일반적인 SMT 부품 유형

일반적인 SMT 패키지는 다음과 같습니다.

• 칩 저항기/커패시터(0402, 0603 등)
• 소형 외형 집적 회로(SOIC)
• 쿼드 플랫 패키지(QFP)
• 볼 그리드 어레이(BGA)
• 얇은 수축 소형 외형 패키지(TSSOP)

이러한 부품은 콤팩트한 폼 팩터에서 고급 기능을 가능하게 하여 AI, 5G 및 엣지 컴퓨팅의 혁신을 지원합니다.

알고 계셨나요? 오늘날 생산되는 모든 PCB의 75% 이상이 SMT만 사용하거나 스루홀 기술과 함께 사용합니다.

스루홀 기술(PTH) 살펴보기

스루홀 또는 도금 스루홀(PTH)이란?

일반적으로 도금 스루홀(PTH)이라고 하는 스루홀 기술은 부품 리드를 PCB의 미리 뚫린 구멍을 통해 삽입한 다음 반대쪽에서 납땜하는 방식입니다. 이 방법은 SMT가 부상하기 전 업계 표준이었으며 견고한 기계적 결합이 필요한 응용 분야에서 여전히 관련이 있습니다.

각 구멍은 층 간에 전기적 연결을 생성하기 위해 구리로 도금되어 있으므로 “도금 스루홀”이라는 용어가 사용됩니다. 이 방법에서 사용되는 부품은 일반적으로 전해 커패시터, 변압기 및 커넥터와 같은 축형 또는 방사형 리드 유형입니다.

PTH 조립 작동 방식

PTH 조립 공정에는 다음이 포함됩니다.

1. 드릴링: 정밀 드릴링으로 부품 리드 위치에 해당하는 구멍을 만듭니다.
2. 도금: 무전해 구리 도금으로 비아 벽을 통한 전도성을 보장합니다.
3. 부품 삽입: 리드는 수동으로 또는 자동 삽입 기계를 통해 삽입됩니다.
4. 웨이브 솔더링: 보드가 용융된 솔더 웨이브 위를 통과합니다.

이렇게 하면 노출된 리드와 패드가 젖어 강력한 솔더 조인트가 생성됩니다. 5. 수동 재작업 및 검사: 자동화율이 낮기 때문에 수동 확인 및 수정이 필요한 경우가 많습니다.

SMT보다 느리지만 PTH는 열악한 환경에서 비교할 수 없는 내구성을 제공합니다.

스루홀 부품의 장점

오래되었음에도 불구하고 PTH는 고유한 장점으로 인해 계속해서 중요한 역할을 합니다.

• 우수한 기계적 강도: 부품이 보드를 통해 물리적으로 고정되어 있어 진동, 충격 및 열 응력에 강합니다.
• 고전력 처리: 더 큰 리드와 더 나은 방열로 PTH 부품은 더 높은 전류와 전압을 관리할 수 있습니다.
• 프로토타이핑 및 수리 용이성: 개발 단계의 브레드보드 및 수동 납땜에 이상적입니다.
• 안정적인 연결: 강력한 솔더 조인트는 미션 크리티컬 시스템의 고장 위험을 최소화합니다.

항공 우주, 방위, 자동차 및 중장비와 같은 산업은 전원 공급 장치, 릴레이 및 강화된 커넥터에 대해 여전히 PTH에 크게 의존하고 있습니다.

PTH의 일반적인 응용 분야

스루홀 장착에 가장 적합한 부품의 예는 다음과 같습니다.

• 전력 트랜지스터 및 MOSFET
• 대형 전해 커패시터
• 변압기 및 인덕터
• 터미널 블록 및 헤더
• 높은 핀 수 커넥터

이러한 부품은 보드를 통해 리드를 통과시킴으로써 제공되는 구조적 지원의 이점을 얻습니다.

SMT와 스루홀(PTH) 간의 주요 차이점

프로젝트에 적합한 방법을 결정하는 데 도움을 주기 위해 몇 가지 주요 매개변수에서 SMT와 PTH를 비교해 보겠습니다.

1. 크기 및 밀도

SMT는 현대 가전제품에 필수적인 소형화를 가능하게 합니다. 예를 들어 단일 스마트폰 마더보드에는 100cm² 미만의 영역에 1,000개 이상의 SMT 부품이 포함될 수 있습니다.

2. 전기적 성능

고속 디지털 회로 및 RF 응용 분야의 경우 SMT가 분명히 우수합니다. 5G 모듈이나 Wi-Fi 6E 라우터를 작업하는 엔지니어는 신호 충실도를 유지하기 위해 SMT를 우선시해야 합니다.

3. 기계적 신뢰성

극한 조건이 만연한 자동차 엔진룸 전자 장치나 항공 전자 장치에서는 크기 불이익에도 불구하고 PTH가 여전히 선호되는 선택인 경우가 많습니다.

4. 비용 고려 사항

SMT가 대량 생산에서 승리하지만 소량 프로토타입이나 수리 시나리오의 경우 PTH가 더 경제적일 수 있습니다.

5. 생산 속도 및 확장성

최신 SMT 라인은 몇 분 만에 전체 보드를 채우고 납땜할 수 있는 반면 PTH 조립에는 추가 처리 및 가공 단계가 필요합니다.

하이브리드 접근 방식: SMT와 PTH 결합

실제로는 많은 PCB가 혼합 기술 접근 방식을 활용하여 SMT와 PTH의 장점을 모두 활용합니다. 이 하이브리드 전략을 통해 설계자는 성능, 신뢰성 및 비용을 동시에 최적화할 수 있습니다.

왜 두 가지 방법을 모두 사용하는가?

전원 공급 장치(PSU)를 고려하십시오.

• 제어 IC, 저항기 및 커패시터는 소형화 및 속도를 위해 SMT를 사용하여 장착됩니다.
• 고전류 인덕터, 브리지 정류기 및 터미널 블록은 열적 및 기계적 안정성을 위해 PTH를 사용합니다.

두 가지를 결합함으로써 엔지니어는 전기적, 환경적, 경제적 요구 사항을 충족하는 균형 잡힌 솔루션을 달성합니다.

혼합 조립의 제조 과제

하이브리드 보드를 생산하면 물류 복잡성이 발생합니다.

• 순차 처리: 보드는 일반적으로 SMT를 먼저 거친 다음 PTH를 거칩니다.
• 열 관리: SMT의 리플로우 온도가 이미 설치된 PTH 부품을 손상시키지 않아야 합니다.
• 접착제 고정: 웨이브 솔더링 중에 SMT 부품이 떨어지는 것을 방지하기 위해 PTH 처리 전에 접착제를 사용하여 부품을 고정할 수 있습니다.

SUNTOP Electronics의 유연한 PCB 조립 서비스는 수율과 신뢰성을 보장하는 최적화된 워크플로를 통해 혼합 기술 빌드를 수용합니다.

실제 사례: 산업용 모터 컨트롤러

산업용 모터 컨트롤러에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 마이크로컨트롤러 및 논리 회로 → SMT
• 게이트 드라이버 및 광커플러 → SMT
• 전력 릴레이 및 방열판이 있는 트랜지스터 → PTH
• AC 입출력 단자 → PTH

이 블렌드는 공장 현장의 높은 전류 부하와 진동을 견디면서 정밀 제어를 보장합니다.

SMT와 PTH 선택에 영향을 미치는 요인

올바른 조립 방법을 선택하는 것은 단순한 선호도의 문제가 아니라 여러 요인의 영향을 받는 전략적 엔지니어링 결정입니다.

1. 애플리케이션 환경

열악한 환경은 견고한 구조를 요구합니다.

• 군사/항공우주: 충격 저항을 위해 PTH 선호.
• 가전제품: 크기와 비용을 위해 SMT 선호.
• 의료 기기: 신뢰성과 소형화를 위해 두 가지를 결합하는 경우가 많음.
• 자동차: ECU에는 SMT 사용, 엔진룸 센서에는 PTH 사용.

환경 인증 테스트(예: MIL-STD-810, ISO 16750)는 재료 및 조립 선택을 안내합니다.

2. 전력 요구 사항

고전력 회로는 열을 발생시키고 안정적인 연결을 필요로 합니다.

• 1A 미만: SMT 충분
• 5A 초과: PTH 권장 또는 방열판이 있는 하이브리드

서멀 비아와 구리 주입은 SMT 방열을 향상시킬 수 있지만 물리적 고정은 대형 전력 장치에 여전히 중요합니다.

3. 주파수 및 신호 속도

아날로그 및 RF 설계의 경우:

• 주파수 > 100MHz: SMT 선호
• 고속 디지털(USB 3.0, PCIe): SMT 필수
• 저주파 제어 신호: PTH 허용

임피던스 매칭 및 제어된 임피던스 트레이스는 SMT 부품으로 구현하기가 더 쉽습니다.

4. 볼륨 및 생산 규모

• 프로토타입 및 소량(<100개): 수동 조립이 더 쉬운 PTH
• 중량(100~10k개): 하이브리드 또는 선택적 PTH가 있는 SMT
• 대량(>10k개): 효율성을 위해 SMT가 지배적

툴링 투자는 대규모 실행에서 SMT에 유리한 반면 설정의 단순성은 소규모 배치에서 PTH에 유리합니다.

5. 수명 주기 및 유지 관리 요구 사항

현장 서비스를 받을 것으로 예상되는 제품은 PTH의 이점을 얻습니다.

• 현장 교체 가능한 퓨즈, 커넥터 또는 스위치
• 교육 키트 및 DIY 전자 제품
• 레거시 시스템 업그레이드

SMT 부품, 특히 마이크로 BGA는 특수 도구 없이 교체하기 어렵습니다.

SMT 및 PTH 선택을 최적화하기 위한 설계 팁

효과적인 PCB 설계는 조립 방법을 조기에 고려하는 것에서 시작됩니다. 선택을 안내하는 실행 가능한 팁은 다음과 같습니다.

1. 기능 블록 다이어그램으로 시작

회로를 기능 블록으로 나눕니다.

• 전력 스테이지 → PTH일 가능성 높음
• 디지털 처리 → 확실히 SMT
• 인터페이스/연결 → 커넥터 유형별로 평가

이 모듈식 사고는 트레이드오프 분석을 단순화합니다.

2. 부품 가용성 우선 순위 지정

패키지 옵션에 대한 부품 데이터시트를 확인하십시오.

• 많은 IC가 이제 QFN 또는 BGA(SMT 전용)로만 제공됩니다.
• 일부 레거시 부품은 DIP(이중 인라인 패키지) 형식으로만 존재합니다.

필요하지 않은 경우 더 이상 사용되지 않는 PTH 전용 부품을 중심으로 설계하지 마십시오.

3. 테스트 용이성 계획

테스트 포인트에 액세스할 수 있는지 확인하십시오.

• SMT 테스트 패드 직경은 ≥0.9mm여야 합니다.
• 프로브 액세스를 차단하는 곳에 PTH 부품을 배치하지 마십시오.

초기에 인서킷 테스트(ICT) 및 경계 스캔(JTAG)을 위해 설계하십시오.

4. 열 관리 고려

전력 소산 부품의 경우:

• SMT 패드 아래에 서멀 비아 사용
• 적절한 구리 영역 제공
• 매우 높은 열의 경우 외부 방열판이 있는 PTH 고려

열 FEA와 같은 시뮬레이션 도구는 핫스팟을 예측하는 데 도움이 됩니다.

5. 제조업체와 조기 협력

설계 단계에서 PCB 조립 제조업체를 참여시키십시오. SUNTOP Electronics에서는 생산 전에 잠재적인 문제를 감지하기 위해 제조 가능성 설계(DFM) 검토를 제공합니다.

우리가 식별하는 일반적인 함정:

• 잘못 정렬된 풋프린트
• 불충분한 솔더 마스크 댐
• 누락된 극성 표시
• 잘못된 스텐실 두께

초기 피드백은 시간과 비용을 절약합니다.

미래 동향: SMT와 PTH는 어디로 가고 있는가?

기술 발전은 PCB 조립 환경을 계속 형성하고 있습니다.

소형화가 SMT 혁신을 주도

동향은 다음과 같습니다.

• 초미세 피치 부품(0.3mm 간격)
• 웨이퍼 레벨 패키징(WLP)
• 기판 층 내 임베디드 부품

HDI(고밀도 상호 연결) 보드는 IC 아래에 수동 부품을 점점 더 통합하여 SMT 기능을 더욱 확장하고 있습니다.

HDI PCB 기술에 대한 기사에서 차세대 트렌드에 대해 자세히 알아보십시오.

PTH 틈새 통합

주류 사용이 감소하는 동안 PTH는 다음 분야에서 강세를 유지합니다.

• 고전압 시스템(산업, 에너지)
• 강화된 통신 장비
• 레거시 인프라 유지 관리

전도성 에폭시와 같은 신소재는 결국 일부 PTH 응용 분야를 보완하거나 대체할 수 있지만 곧 완전히 노후화될 가능성은 낮습니다.

신흥 하이브리드 기술

다음과 같은 혁신:

• SMT 후 PTH를 위한 선택적 납땜 로봇
• 레이저 지원 재작업 스테이션
• 컨포멀 코팅 통합

은 하이브리드 보드의 신뢰성과 확장성을 개선하고 있습니다.

또한 전자 부품 소싱 및 공급망 탄력성의 발전은 제조업체가 부품 부족에 빠르게 적응하는 데 도움이 되고 있으며, 이는 팬데믹 이후 점점 더 우려되는 사항입니다.

SUNTOP Electronics와 파트너 관계를 맺어야 하는 이유?

SUNTOP Electronics에서는 고객의 특정 요구에 맞는 고품질의 신뢰할 수 있는 PCB 솔루션을 제공하는 데 전문화되어 있습니다. 신뢰할 수 있는 PCB 조립 제조업체로서 초기 개념 및 PCB 설계 지원부터 본격적인 생산 및 테스트에 이르기까지 포괄적인 서비스를 제공합니다.

당사의 역량은 다음과 같습니다.

• 멀티 헤드 마운터가 있는 고급 SMT 라인
• PTH 부품을 위한 선택적 웨이브 솔더링
• AOI, X-레이 및 기능 테스트를 포함한 전체 QA 서비스
• 포괄적인 PCB 품질 테스트 프로토콜

우리는 IPC-A-610 클래스 2 및 클래스 3 표준을 준수하여 모든 보드가 엄격한 성능 기준을 충족하도록 합니다.

프로토타입을 제작하든 글로벌 제품 라인을 출시하든 당사 팀은 기술 및 비즈니스 목표에 맞는 최적의 조립 방법(SMT, PTH 또는 하이브리드)을 선택하는 데 대한 전문적인 지침을 제공합니다.

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