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做板子,你選擇通孔插件還是表面貼裝?

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本文作者經常被各種經驗水平相差懸殊的人問及:做板子(PCBA)時,是否仍應使用通孔組件?或應盡可能使用表面貼裝技術(SMT)組件?世事如謎,還記得當我第一次用電烙鐵焊板子時,業界對于“表面貼裝”的定義還停留在……


我的一整天都是在印刷電路板(PCB)堆中度過的,白天在一家快速組裝PCB(PCB Assembly)的車間工作;晚上,住在看起來像組裝廠的地方。當我寫這些字時,在視力所及,有我自己設計的、已完工的十幾塊板子,或許更多,我想說的是,我經常被各種經驗水平相差懸殊的人問及:做板子時,是否仍應使用通孔插件?或應盡可能使用表面貼裝技術(SMT)組件?

世事如謎,當我第一次用電烙鐵焊板子時,本地餐館才不再提供“原生湯”(編注:這里指的是一碗充滿化學原料的濃湯)。在那些日子里,我們確實有“表面貼裝”組裝的PCBA版本,但它只涉及使用Fahnestock夾子(一種彈簧式接線夾)、焊接端子(lug)和松木板上的點對點聯機。對了,類似面包板那類的東西。

今天,表面貼裝組裝涉及PCB表面上的銅焊盤,組件沒有管腳穿透PCB,機器人每小時可將數萬個這些微小組件貼放在PCB上。

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圖1 快速表面貼裝設備。(來源:Duane Benson)

現在,如果每月需要銷售100萬部手機,那么每小時貼放48,000個組件可以滿足要求。但對于可能需要1,000塊板子的早期初創公司,或100塊板子的業余愛好者,或只需一兩塊板子的一次性設計,那又該如何?對這種需求的人來說,是否仍應著眼表面貼裝組件?還是應堅持使用那些看起來更容易處理和焊接的可靠通孔組件?

我個人主張盡可能多地使用表面貼裝組件,我確實意識到這樣做會讓事情變得復雜,而且某些組件只有通孔封裝。有時表面貼裝組件的機械強度不足以承受組件的重量或施加在其上的應力,在這些情況下,我肯定會選擇通孔或通孔/表面貼裝混用的方式。

你可能希望使用通孔組件的原因有以下幾個:

●非常大的組件,如變壓器、繼電器和電容;要么沒有相應的表面貼裝封裝,要么需要通孔連接器提供額外機械強度。

●要承受很大機械應力的連接器。

●如果對查看和處理小型表面貼裝組件感到不舒服。

●就是喜歡通孔封裝。

●只做幾塊PCB和/或你要使用已有的組件。

除以上幾點外,盡管表面貼裝技術尺寸小,有很多理由在PCB設計時選用表面貼裝組件。首先,很多新的和最先進的組件根本沒有通孔封裝,如果堅持使用通孔封裝,將把許多最新和功能最多的組件排除在外。

圖2中右側的通孔板是我在商業制造車間制造的第一批PCBA之一。左側的表面貼裝板具有相同功能,還另有馬達控制器和USB連接,手工焊接這兩塊板上的組件,使用的馬達驅動芯片沒有通孔封裝。

1圖2 表面貼裝(左)與通孔(右)MCU電路板。(來源:Duane Benson)

在過去幾年,大多數芯片都有各種尺寸可供選擇,從0.1英吋(2.54mm)間距通孔雙列直插式封裝(DIP)到當時最小的通孔封裝。今天競爭如此激烈,加上各種各樣的專用組件,支持這么多封裝形態的成本正成為一個重要制約因素,許多芯片公司透過生產更實用、更小的封裝來適應這些市場狀況。

Microchip Technology仍在提供各種封裝這一方面值得稱贊,同一芯片從0.1英吋間距的DIP到超小型0.5mm間距的QFN或BGA封裝,應有盡有。但是誰知道這種情況將維持多久?我見過很多新的功率組件—像LiPoly充電器和B類放大器—僅有QFN或BGA封裝,且一些高速組件也是如此。

微小的物聯網(IoT)設備和移動計算的普及是這一趨勢的重要推手。3×3mm的組件可用于微型物聯網設備和大型桌面系統,相比之下,20管腳的通孔組件,甚至不太小的SOIC都只能用于桌面產品,而不能用于物聯網設備,因此,制造商可能決定只生產較小的組件封裝。你可以找到其中一些組件的通孔轉接板(breakout board),但并非全部組件。

表面貼裝組件幾乎總是比其通孔版便宜。這是肯定的,所用原材料少得多的組件的成本當然會更低,且該規則適用于許多電子組件,特別是被動組件。在Digi-Key網站上,通孔和表面貼裝電阻的價格往往都是0.10美元/顆,但購買100顆時,表面貼裝電阻的價格只有通孔的一半。

尺寸大小也影響組件收藏。在圖3中,左邊的卷帶中有略少于500個表面貼裝組件,與右側的少量通孔電容相比,兩者所占的空間顯而易見,PCB大小也是個重要的考慮因素。可以在同一PCB上貼裝更多表面貼裝組件,也可以縮小PCB尺寸并節省生產成本。


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圖3 表面貼裝(左)與通孔(右)組件。(來源:Duane Benson)




如果計劃批量生產,那么從表面貼裝封裝開始是明智之舉。這樣,就不需要在原型和生產之間重新設計PCB,這可以節省大量時間和金錢。

然而,最大的問題是成本。因為需要外包表面貼裝PCB的生產組裝,那使用表面貼裝不是更花錢嗎?好吧,任何時候有人為你干活,你都要花錢,但這種權衡并非如此決斷。

大多數人,有一些耐心、有個好的放大鏡(或大倍數閱讀用放大鏡),以及一個可以墊手腕的東西,都可以手工焊接0603或0402封裝的被動組件。有些人甚至想出了如何手工焊接QFN和BGA封裝,但在組件小到一定程度時,沒有專門的設備,手工焊接是不切實際的(盡管可以這樣做)。

如果手頭上是個純愛好的項目,你會堅持用自己能手工焊接的組件、設置一款焊機,或找到一家追求低成本而非高可靠的廠家。當在做的事情開始成為一種事業,那么時間就是金錢,此時可根據需要,在時間和金錢間權衡取舍。

最重要的是,如果你更喜歡通孔組件,那就盡可使用它們,不需妄自菲薄。只是要清楚,你可能無法使用某些最新且功能最強大的組件,因此我個人建議盡可能使用表面貼裝組件。


本文轉載自中電網 www.eet-china.com

2018年12月3日 16:38
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