THT, czyli montaż przewlekany, to jedna z podstawowych metod osadzania komponentów na płytkach drukowanych. Wpływa na projekt PCB, koszt produkcji, odporność mechaniczną i późniejszy serwis. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest THT oraz jakie ma zalety i ograniczenia.
Porównamy też THT z montażem powierzchniowym SMT i komponentami SMD, aby ułatwić wybór procesu dla konkretnego projektu.
Poniższe omówienie pomoże uporządkować najważniejsze decyzje przed produkcją PCB.
THT kontra SMT kontra SMD
Na początku warto rozdzielić trzy pojęcia, które często pojawiają się obok siebie, ale nie oznaczają tego samego.
Technologia THT
THT (Through-Hole Technology) oznacza montaż komponentów przez otwory w PCB. Wyprowadzenia przechodzą przez metalizowane otwory w laminacie i są lutowane po przeciwnej stronie płytki.
Komponenty elektroniczne zamontowane na PCB w technologii THT.
Otwory powstają już podczas wykonania PCB. Podczas montażu wyprowadzenia trafiają do otworów, a lut od strony lutowania tworzy jednocześnie połączenie elektryczne i mechaniczne.
Elementy THT lutuje się najczęściej na fali, selektywnie albo ręcznie. Reflow jest typowe dla SMT; w THT pojawia się tylko w szczególnych procesach, takich jak pin-in-paste.
Technologia przewlekana obejmuje komponenty z wyprowadzeniami promieniowymi, na przykład kondensatory, oraz osiowymi, jak rezystory i niektóre diody.
W projektach PCB spotyka się kilka typowych układów wyprowadzeń THT.
Elementy promieniowe mają wyprowadzenia po jednej stronie obudowy.
Elementy osiowe mają wyprowadzenia po dwóch stronach obudowy.
Złącza, przekaźniki i transformatory mogą mieć wiele pinów oraz dodatkowe kołki mocujące.
Największą zaletą THT jest mocne zakotwienie w laminacie. Siły mechaniczne przenosi wyprowadzenie przechodzące przez płytkę, a nie tylko spoina na powierzchni.
Dlatego THT nadal jest ważny przy elementach ciężkich, złączach, komponentach mocy i płytkach pracujących w trudnych warunkach.
Technologia montażu powierzchniowego
SMT (Surface Mount Technology) oznacza technologię montażu powierzchniowego.
W SMT rezystory, kondensatory, tranzystory, układy scalone i diody lutuje się bezpośrednio do padów na powierzchni PCB.
Elementy SMD nie mają długich wyprowadzeń przez laminat. Zajmują mniej miejsca i mogą być montowane po obu stronach PCB.
Proces SMT jest dobrze zautomatyzowany i powtarzalny.
Najpierw przez szablon stalowy nanosi się pastę lutowniczą na pady.
Następnie automat pick-and-place układa komponenty w zaprogramowanych pozycjach.
Płytka drukowana na przenośniku linii SMT.
Na końcu płytka trafia do pieca rozpływowego, gdzie kontrolowany profil temperatury tworzy połączenia lutowane.
Po ułożeniu komponentów płytka przechodzi przez piec rozpływowy.
Po reflow płytka jest chłodzona i kontrolowana, najczęściej przez AOI. W razie potrzeby wykonuje się też rentgen, testy elektryczne lub rework.
Komponenty SMD
SMD (Surface-Mount Device) to komponent do montażu powierzchniowego. SMT jest procesem, a SMD typem komponentu używanego w tym procesie.
Elementy SMD są zwykle dużo mniejsze od THT. Należą do nich rezystory i kondensatory chipowe, diody, tranzystory, układy SOIC, QFN, BGA oraz sieci rezystorowe.
Komponenty SMD na module pamięci.
Technologia otworów przelotowych i montażu powierzchniowego
THT i SMT służą do trwałego połączenia komponentu z PCB, ale robią to inaczej. Różnice widać w projekcie płytki, koszcie serii, odporności mechanicznej i naprawialności.
SMD kontra SMT
SMT to sekwencja operacji produkcyjnych. SMD to komponent zaprojektowany do tej technologii. To rozróżnienie jest ważne w BOM i analizie DFM.
Urządzenia do montażu powierzchniowego podczas pracy.
SMT pozwala szybko obsadzać duże serie i ograniczać powierzchnię PCB. THT jest lepszy tam, gdzie element jest ciężki, narażony na wibracje albo przenosi siły przy wpinaniu przewodu.
Zalety i ograniczenia THT
Zalety
Solidne połączenia mechaniczne dzięki wyprowadzeniom zakotwionym w metalizowanych otworach.
Wyższa odporność na drgania, naprężenia i obciążenia złączy.
Wygodne prototypowanie i łatwiejszy montaż ręczny.
Dobra przydatność do elementów mocy, dużych kondensatorów, transformatorów i przekaźników.
Ograniczenia
Komponenty THT zajmują więcej miejsca na płytce niż elementy SMD.
Montaż jest wolniejszy i trudniejszy do pełnej automatyzacji niż standardowa linia SMT.
W produkcji seryjnej koszt jednostkowy bywa wyższy.
Otwory przelotowe ograniczają trasowanie na płytkach wielowarstwowych.
Proces wymaga większego udziału operatora i kontroli osadzenia elementów.
Wymaga otworów montażowych, co wpływa na projekt i koszt PCB.
Zalety i wady SMT
Zalety
Szybszy montaż dzięki automatom pick-and-place.
Dobra powtarzalność i stabilna jakość połączeń po reflow.
Mniejszy rozmiar płytki dzięki małym komponentom SMD.
Większa gęstość komponentów i montaż po obu stronach PCB.
Niższy koszt produkcji w seriach średnich i dużych.
Wady
Małe wyprowadzenia i obudowy QFN lub BGA utrudniają naprawę bez specjalistycznego sprzętu.
Proces wymaga precyzyjnych maszyn, szablonów i kontroli pasty lutowniczej.
Niektóre komponenty SMD są wrażliwe na przegrzanie, wilgoć lub zły profil termiczny.
Połączenia powierzchniowe gorzej znoszą duże obciążenia mechaniczne.
Proces THT vs. SMT: Jak wybrać?
Nie ma jednej technologii najlepszej dla każdej płytki. Wybór zależy od funkcji urządzenia, wielkości serii, budżetu, środowiska pracy i serwisu.
Przed produkcją warto przeanalizować kilka kryteriów.
Projekt płytki
SMT sprawdza się w złożonych projektach, gdzie liczy się mały rozmiar PCB, duża liczba komponentów i produkcja seryjna. THT pasuje do prostych prototypów, urządzeń serwisowanych ręcznie i elementów przenoszących siły mechaniczne.
Obszar działania
THT jest przydatny w urządzeniach narażonych na drgania, wysokie prądy lub częste podłączanie przewodów. Typowe przykłady to złącza, transformatory, przekaźniki, bezpieczniki, duże kondensatory i elementy mocy.
Przewlekane wyprowadzenia lepiej znoszą obciążenia niż większość odpowiedników lutowanych tylko do padów powierzchniowych.
Budżet
THT wymaga otworów i często dodatkowego lutowania, więc w serii może podnosić koszt jednostkowy.
SMT wymaga zaplecza produkcyjnego, ale przy większych wolumenach jest zwykle tańszy dzięki automatyzacji.
Dla pojedynczej płytki THT bywa praktyczny, bo łatwo go zmontować ręcznie. W produkcji masowej podstawą najczęściej jest SMT, a THT zostaje tam, gdzie wymaga tego funkcja komponentu.
W wielu projektach najlepszy jest montaż mieszany: logika i elementy pasywne jako SMD, a złącza, przekaźniki, transformatory i duże elementy jako THT.
Przykład płytki wykonanej z użyciem montażu SMT i THT.
Podsumowanie
SMT dominuje we współczesnej elektronice, ale THT nadal jest potrzebny tam, gdzie liczy się odporność mechaniczna, serwis lub montaż dużych komponentów.
Najlepszy wybór zależy od zastosowania PCB, warunków pracy, budżetu i skali produkcji. OurPCB wykonuje montaż SMT, THT oraz mieszany; po przesłaniu plików i BOM obowiązuje obietnica: "wycena w 12 godzin roboczych".