Korzyści z montażu mieszanego PCB: Łączenie technologii SMT i THT

Zestaw PCB mieszanych łączący technologię mocowania powierzchniowego (SMT) i technologię otworu (THT) stał się podstawą nowoczesnej produkcji elektroniki.Wykorzystując precyzję SMT dla kompaktowych komponentów i trwałość THT dla części o dużej mocy lub odpornych na naprężenia, to podejście hybrydowe zapewnia rzadką równowagę między wydajnością, elastycznością i efektywnością kosztową.Zestaw mieszany spełnia różnorodne wymagania najtrudniejszych zastosowań.

W niniejszym przewodniku wyjaśniono, dlaczego inżynierowie i producenci wybierają mieszane układy PCB, jego główne zalety w stosunku do podejść pojedynczej technologii, zastosowania w świecie rzeczywistym,i najlepszych praktyk w zakresie projektowania i produkcjiNiezależnie od tego, czy budujesz urządzenie konsumenckie, czy solidny system przemysłowy, zrozumienie mieszanego montażu ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności i niezawodności PCB.

Kluczowe wnioski
1Zespół PCB mieszanych łączy gęstość i prędkość SMT z wytrzymałością i wydajnością THT, zmniejszając współczynnik awarii pola o 30-40% w trudnych warunkach.
2Umożliwia elastyczność projektowania, obsługując zarówno małe komponenty SMT 01005, jak i duże złącza THT w jednej płytce, z 50% większą różnorodnością komponentów niż zestawy z jednej technologii.
3Oszczędności kosztów wynoszące 15-25% osiąga się poprzez automatyzację dużych kroków SMT przy użyciu THT tylko w razie konieczności (np. komponentów o dużej mocy).
4Przemysły takie jak motoryzacja, medycyna i elektronika przemysłowa polegają na mieszanym montażu ze względu na jego zdolność do równoważenia precyzji, trwałości i wszechstronności.

Co to jest mieszane PCB?
Zestaw PCB mieszany jest podejściem produkcyjnym łączącym dwie podstawowe technologie:

a.Technologia montażu powierzchniowego (SMT): składniki są montowane bezpośrednio na powierzchni PCB, przy użyciu pasty lutowej i pieców odlewowych do mocowania.
b. Technologia przejściowa (THT): Komponenty mają przewody wprowadzane do wierconych otworów, przy zastosowaniu lutowania poprzez lutowanie falowe lub ręczne.

Połączenie to rozwiązuje ograniczenia poszczególnych technologii: SMT wyróżnia się w miniaturyzacji i szybkości, ale boryka się z trudnościami z częścią o dużej mocy lub obciążeniem mechanicznym;THT zapewnia wytrzymałość i wydajność, ale brak gęstościRazem tworzą PCB, które są zarówno kompaktowe, jak i solidne.

SMT vs THT: Główne różnice

Jak działa mieszane zgromadzenie
Zestaw mieszany łączy te technologie w jeden przepływ pracy:

1.SMT Po pierwsze: maszyny automatyczne umieszczają na płytce PCB komponenty do montażu powierzchniowego (rezystory, układy IC, małe kondensatory).
2Lutowanie z powrotem: Płyty przechodzą przez piec z powrotem do stopienia pasty lutowej, zabezpieczając komponenty SMT.
3.THT Integracja: Komponenty przez otwory (złącza, duże induktory) są wprowadzane do wcześniej wierconych otworów.
4Lutowanie falowe lub ręczne: przewody THT lutowane są albo za pomocą maszyny do lutowania falowego (wysoka objętość) albo ręcznym lutowaniem (niska objętość/czułe części).
5.Inspekcja: Połączone AOI (dla SMT) i promieniowanie rentgenowskie (dla ukrytych złączy THT) zapewniają jakość.

Główne korzyści z montażu PCB mieszanych
Zestaw mieszany przewyższa podejście pojedynczej technologii w obszarach krytycznych, co czyni go wyborem dla złożonej elektroniki.
1Zwiększona niezawodność i trwałość
W zastosowaniach z drgawkami, wahaniami temperatury lub naprężeniami mechanicznymi światła mieszane:

a. Rola THT: przewody przechodzące przez otwór tworzą mechaniczną kotwicę, odporną na drgania (20G+) i cykle termiczne (-40°C do 125°C). Jest to kluczowe dla PCB podwozia samochodów lub maszyn przemysłowych.
b.Rola SMT: Precyzyjne lutowanie SMT zmniejsza zmęczenie stawów w obszarach o niskim obciążeniu, przy czym 99,9% stawów SMT przetrwa ponad 10 000 cykli termicznych.

Przykład: Jednostka sterująca silnikiem samochodu (ECU) wykorzystuje SMT do czujników i mikrokontrolerów (niskie naprężenie) i THT do złączy zasilania (wysokie drgania),zmniejszenie częstotliwości awarii o 35% w porównaniu z projektami SMT.

2Elastyczność projektowania
Zestaw mieszany umożliwia wykonanie projektów, które byłyby niemożliwe z wykorzystaniem samych SMT lub THT:

a.Gęstość + wytrzymałość: dopasować BGA o rozstawie 0,4 mm (SMT) obok dużych złączy D-sub (THT) w tej samej płycie ̇ idealne dla kompaktowych, ale wszechstronnych urządzeń, takich jak monitory medyczne.
b.Różnorodność komponentów: Dostęp do szerszej gamy części, od małych układów RF (SMT) po transformatory wysokiego napięcia (THT), bez kompromisów projektowych.

Punkty danych: Według badań przemysłowych IPC mieszane zestawy obsługują o 50% więcej typów komponentów niż konstrukcje w pełni SMT lub w pełni THT.

3Optymalizowana wydajność
Poprzez dopasowanie technologii do funkcji komponentów, zestaw mieszany zwiększa ogólną wydajność płyt PCB:

a. Integralność sygnału: SMT minimalizuje długość śladu, zmniejszając utratę sygnału na ścieżkach dużych prędkości (10Gbps +). Na przykład nadajniki 5G zamontowane w SMT osiągają 30% mniejszą utratę wstawienia niż odpowiedniki THT.
b.Rozporządkowanie zasilania: Komponenty THT (np. bloki końcowe) zarządzają prądem 10A+ bez przegrzania, co jest kluczowe dla źródeł zasilania i sterowników silnika.

Badania: PCB z mieszanym zespołem w 48V zasilaniu przemysłowym wykazało 20% wyższą wydajność niż konstrukcja całkowicie SMT, dzięki lepszemu rozpraszaniu mocy THT.

4. Wydajność kosztowa
Zestaw mieszany równoważy automatyzację i pracę ręczną w celu zmniejszenia kosztów:

a. Automatyzacja SMT: Duża ilość urządzeń SMT (50.000 części/godzinę) obniża koszty pracy dla małych komponentów.
b. ukierunkowane spawanie THT: stosowanie THT wyłącznie w przypadku części krytycznych (np. złączy) pozwala uniknąć kosztów ręcznego lutowania wszystkich komponentów.

Podział kosztów: W przypadku 1000 jednostek montażu mieszanego koszty są o 15-25% niższe niż w przypadku całego THT (ze względu na automatyzację SMT) i o 10% niższe niż w przypadku całego SMT (przez unikanie drogich części o wysokiej mocy zgodnych z SMT).

5- wszechstronność w różnych branżach
Zestaw mieszany dostosowuje się do różnorodnych potrzeb zastosowań, od urządzeń konsumenckich po systemy lotnicze:

a.elektronika użytkowa: SMT do miniaturyzacji (np. smartfony IC) + THT do portów ładowania (wysokie 插拔 naprężenie).
b.Urządzenia medyczne: SMT dla czujników precyzyjnych + THT dla złączy zasilania (sterylność i trwałość).
c. W przemyśle lotniczym: SMT dla lekkiej elektroniki lotniczej + THT dla wytrzymałych złączy (odporność na wibracje).

Wykorzystanie mieszanych PCB
Zestaw mieszany rozwiązuje wyjątkowe wyzwania w kluczowych gałęziach przemysłu, co dowodzi jego wszechstronności.
1. Elektronika motoryzacyjna
Samochody wymagają PCB, które radzą sobie z wibracjami, ekstremalnymi temperaturami, i zarówno czujnikami o niskim sygnale, jak i systemami o dużej mocy:

a.SMT: Stosowane do mikrokontrolerów ECU, czujników radarowych i sterowników LED (kompaktowe, o niskiej masie).
b.THT: Używane do końcówek baterii, uchwytów bezpieczników i złączy OBD-II (wysoki prąd, częste podłączenie).

Wynik: Według danych z branży motoryzacyjnej, urządzenia zestawu mieszanego w pojazdach elektrycznych (EV) zmniejszają roszczenia gwarancyjne o 40% w porównaniu z konstrukcjami wykorzystującymi tylko SMT.

2. Urządzenia medyczne
Medyczne PCB wymagają precyzji, sterylności i niezawodności:

a.SMT: zasila małe czujniki w pacemakerach i monitorach EEG (niska moc, wysoka gęstość).
b.THT: Zabezpiecza złącza dla kabli i wprowadzanych zasilania (trwałość mechaniczna, łatwe czyszczenie).

Zgodność: Zespół mieszany spełnia normy ISO 13485 i FDA, a wytrzymałe stawy THT ′ zapewniają długoterminową niezawodność w implantach i narzędziach diagnostycznych.

3Maszyny przemysłowe
Sprzęt fabryczny potrzebuje PCB, które przetrwają kurz, wilgoć i intensywne użycie:

a.SMT: sterowanie sterownikami PLC i układami czujników (szybkie przetwarzanie sygnału).
b.THT: obsługuje sterowniki silników, przekaźniki zasilania i złącza Ethernet (wysoki prąd, odporność na wibracje).

Przykład: PCB mieszanego zespołu w ramieniu robota zmniejsza czas przestoju o 25% poprzez połączenie prędkości sygnału SMT z odpornością THT na naprężenie mechaniczne.

4Elektronika użytkowa
Od smartfonów po sprzęt domowy, mieszane zestawy równoważą wielkość i trwałość:

a.SMT: umożliwia wykonanie szczupłych projektów z pasywami 01005 i modemami 5G.
b.THT: Dodaje wytrzymałe porty USB-C i gniazdka zasilania (odporne na codzienne użycie).

Wpływ na rynek: 70% nowoczesnych smartfonów wykorzystuje mieszane zestawy, zgodnie z raportami branżowymi, aby zrównoważyć miniaturyzację i trwałość portów.

Projekt najlepszych praktyk w zakresie montażu PCB mieszanych
Aby zmaksymalizować korzyści z mieszanego montażu, należy przestrzegać następujących wytycznych projektowych:
1. Umieszczenie składników
a. Strefy oddzielone: składowe SMT przechowywać w strefach o niskim napięciu (w odległości od złączy) oraz części THT w strefach o wysokim napięciu (krawędziach, portach).
b. Unikać przepełnienia: pozostawić 2 mm pomiędzy otworami THT a podkładkami SMT, aby zapobiec powstawaniu mostków lutowniczych podczas lutowania fal.
c.Zaliczanie do automatyzacji: umieszczanie komponentów SMT w sieciach kompatybilnych z maszynami pick-and-place; orientacja części THT w celu łatwego wstawiania.

2. Rozważania dotyczące układu
a. Zarządzanie cieplne: W celu rozpraszania ciepła należy stosować pochłaniacze ciepła THT i przewody w pobliżu wysokiej mocy układów integracyjnych SMT.
b. Routing sygnału: Routing szybkich śladów SMT z dala od ścieżek zasilania THT w celu zmniejszenia EMI.
c. Wielkość otworu: otwory THT powinny być większe o 0,1 mm do 0,2 mm od przewodów komponentów w celu zapewnienia prawidłowego lutowania.

3. DFM (projektowanie do produkcji)
a. Projektowanie stencilów SMT: stosowanie stencilów wyciętych laserowo z stosunkiem podkładki do otworu 1: 1 do konsekwentnego stosowania pasty lutowej.
b. Umieszczenie otworów THT: wprowadzenie otworów THT ≥ 2 mm od siebie w celu uniknięcia osłabienia PCB.
c.Punkty badawcze: W celu uproszczenia kontroli należy uwzględnić zarówno punkty badawcze SMT (dla AOI), jak i THT (dla ręcznego probowania).

Pokonywanie trudności w mieszanym zgromadzeniu
Zestaw mieszany ma wyjątkowe przeszkody, ale starannie zaplanowane ogranicza je:
1Kompatybilność termiczna
Wyzwanie: Komponenty SMT (np. plastyczne układy scalone) mogą stopić się podczas lutowania falami THT (250°C+).
Rozwiązanie: W trakcie lutowania fal stosować komponenty SMT o wysokiej temperaturze (przeznaczone do 260°C+) lub osłaniać części wrażliwe taśmą odporną na ciepło.

2. Złożoność montażu
Wyzwanie: koordynacja kroków SMT i THT może spowolnić produkcję.
Rozwiązanie: stosowanie zautomatyzowanych przepływów pracy z zintegrowanymi maszynami do umieszczania SMT i THT, skracając czas przejścia o 50%.

3Kontrola jakości
Wyzwanie: Badanie łączy SMT i THT wymaga różnych narzędzi.
Rozwiązanie: połączyć AOI (dla połączeń powierzchniowych SMT) i promieniowanie rentgenowskie (dla ukrytego lutowania beczki THT) w celu wykrycia 99,5% wad.

Często zadawane pytanie
P: Czy montaż mieszany jest droższy niż montaż pojedynczej technologii?
Odpowiedź: Początkowo tak, ale zmniejsza to koszty długoterminowe poprzez niższy wskaźnik awarii i lepszą wydajność.

P: Czy zestaw mieszany może obsługiwać konstrukcje o wysokiej częstotliwości (5G, RF)?
Odpowiedź: Absolutnie. Krótkie ślady SMT minimalizują utratę sygnału na ścieżkach 5G/RF, podczas gdy złącza THT zapewniają solidną osłonę RF w razie potrzeby.

P: Jaka jest minimalna ilość zamówienia na montaż mieszany?
Odpowiedź: Większość producentów akceptuje niewielkie serii (10-50 egzemplarzy) prototypów, przy czym duża automatyzacja ma zastosowanie do ponad 1000 egzemplarzy.

P: Jak wybrać pomiędzy SMT a THT dla konkretnego elementu?
Odpowiedź: Użyj SMT dla małych, niskoenergetycznych lub wysokiej gęstości części (IC, rezystorów).

P: Czy mieszane montaże działają z elastycznymi płytami PCB?
Odpowiedź: Tak, elastyczne płytki PCB mieszane wykorzystują SMT do wygiętych obszarów i THT do sztywnych sekcji (np. składane zawiasy telefonów z czujnikami SMT i portami ładowania THT).

Wniosek
Zestaw PCB z mieszanką łączy precyzję SMT z wytrzymałością THT, oferując wszechstronne rozwiązanie dla dzisiejszej elektroniki.Producenci osiągają kompaktowe projekty, niezawodny i opłacalny, kluczowy w branżach od motoryzacyjnej po medyczną.

W przypadku starannego zaprojektowania (praktyki DFM, strategiczne umieszczenie komponentów) i kontroli jakości (inspekcja AOI + rentgenowska),Zestaw mieszany dostarcza PCB, które przewyższają podejścia pojedynczej technologii pod względem trwałości, elastyczność i wydajność. W miarę jak elektronika staje się coraz bardziej złożona, zestaw mieszany pozostanie kluczowym motorem innowacji,umożliwiając następnej generacji urządzeń, aby były mniejsze i silniejsze niż kiedykolwiek wcześniej.