本文作者经常被各种经验水平相差悬殊的人问及:做板子(PCBA)时,是否仍应使用通孔组件?或应尽可能使用表面贴装技术(SMT)组件?世事如谜,还记得当我第一次用电烙铁焊板子时,业界对于“表面贴装”的定义还停留在……

我的一整天都是在印刷电路板(PCB)堆中度过的,白天在一家快速组装PCB(PCB Assembly)的车间工作;晚上,住在看起来像组装厂的地方。当我写这些字时,在视力所及,有我自己设计的、已完工的十几块板子,或许更多,我想说的是,我经常被各种经验水平相差悬殊的人问及:做板子时,是否仍应使用通孔插件?或应尽可能使用表面贴装技术(SMT)组件?

世事如谜,当我第一次用电烙铁焊板子时,本地餐馆才不再提供“原生汤”(编注:这里指的是一碗充满化学原料的浓汤)。在那些日子里,我们确实有“表面贴装”组装的PCBA版本,但它只涉及使用Fahnestock夹子(一种弹簧式接线夹)、焊接端子(lug)和松木板上的点对点联机。对了,类似面包板那类的东西。

今天,表面贴装组装涉及PCB表面上的铜焊盘,组件没有管脚穿透PCB,机器人每小时可将数万个这些微小组件贴放在PCB上。

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图1 快速表面贴装设备。(来源:Duane Benson)

现在,如果每月需要销售100万部手机,那么每小时贴放48,000个组件可以满足要求。但对于可能需要1,000块板子的早期初创公司,或100块板子的业余爱好者,或只需一两块板子的一次性设计,那又该如何?对这种需求的人来说,是否仍应着眼表面贴装组件?还是应坚持使用那些看起来更容易处理和焊接的可靠通孔组件?

我个人主张尽可能多地使用表面贴装组件,我确实意识到这样做会让事情变得复杂,而且某些组件只有通孔封装。有时表面贴装组件的机械强度不足以承受组件的重量或施加在其上的应力,在这些情况下,我肯定会选择通孔或通孔/表面贴装混用的方式。

你可能希望使用通孔组件的原因有以下几个:

●非常大的组件,如变压器、继电器和电容;要么没有相应的表面贴装封装,要么需要通孔连接器提供额外机械强度。

●要承受很大机械应力的连接器。

●如果对查看和处理小型表面贴装组件感到不舒服。

●就是喜欢通孔封装。

●只做几块PCB和/或你要使用已有的组件。

除以上几点外,尽管表面贴装技术尺寸小,有很多理由在PCB设计时选用表面贴装组件。首先,很多新的和最先进的组件根本没有通孔封装,如果坚持使用通孔封装,将把许多最新和功能最多的组件排除在外。

图2中右侧的通孔板是我在商业制造车间制造的第一批PCBA之一。左侧的表面贴装板具有相同功能,还另有马达控制器和USB连接,手工焊接这两块板上的组件,使用的马达驱动芯片没有通孔封装。

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图2 表面贴装(左)与通孔(右)MCU电路板。(来源:Duane Benson)

在过去几年,大多数芯片都有各种尺寸可供选择,从0.1英吋(2.54mm)间距通孔双列直插式封装(DIP)到当时最小的通孔封装。今天竞争如此激烈,加上各种各样的专用组件,支持这么多封装形态的成本正成为一个重要制约因素,许多芯片公司透过生产更实用、更小的封装来适应这些市场状况。

Microchip Technology仍在提供各种封装这一方面值得称赞,同一芯片从0.1英吋间距的DIP到超小型0.5mm间距的QFN或BGA封装,应有尽有。但是谁知道这种情况将维持多久?我见过很多新的功率组件—像LiPoly充电器和B类放大器—仅有QFN或BGA封装,且一些高速组件也是如此。

微小的物联网(IoT)设备和移动计算的普及是这一趋势的重要推手。3×3mm的组件可用于微型物联网设备和大型桌面系统,相比之下,20管脚的通孔组件,甚至不太小的SOIC都只能用于桌面产品,而不能用于物联网设备,因此,制造商可能决定只生产较小的组件封装。你可以找到其中一些组件的通孔转接板(breakout board),但并非全部组件。

表面贴装组件几乎总是比其通孔版便宜。这是肯定的,所用原材料少得多的组件的成本当然会更低,且该规则适用于许多电子组件,特别是被动组件。在Digi-Key网站上,通孔和表面贴装电阻的价格往往都是0.10美元/颗,但购买100颗时,表面贴装电阻的价格只有通孔的一半。

尺寸大小也影响组件收藏。在图3中,左边的卷带中有略少于500个表面贴装组件,与右侧的少量通孔电容相比,两者所占的空间显而易见,PCB大小也是个重要的考虑因素。可以在同一PCB上贴装更多表面贴装组件,也可以缩小PCB尺寸并节省生产成本。

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图3 表面贴装(左)与通孔(右)组件。(来源:Duane Benson)

如果计划批量生产,那么从表面贴装封装开始是明智之举。这样,就不需要在原型和生产之间重新设计PCB,这可以节省大量时间和金钱。

然而,最大的问题是成本。因为需要外包表面贴装PCB的生产组装,那使用表面贴装不是更花钱吗?好吧,任何时候有人为你干活,你都要花钱,但这种权衡并非如此决断。

大多数人,有一些耐心、有个好的放大镜(或大倍数阅读用放大镜),以及一个可以垫手腕的东西,都可以手工焊接0603或0402封装的被动组件。有些人甚至想出了如何手工焊接QFN和BGA封装,但在组件小到一定程度时,没有专门的设备,手工焊接是不切实际的(尽管可以这样做)。

如果手头上是个纯爱好的项目,你会坚持用自己能手工焊接的组件、设置一款焊机,或找到一家追求低成本而非高可靠的厂家。当在做的事情开始成为一种事业,那么时间就是金钱,此时可根据需要,在时间和金钱间权衡取舍。

最重要的是,如果你更喜欢通孔组件,那就尽可使用它们,不需妄自菲薄。只是要清楚,你可能无法使用某些最新且功能最强大的组件,因此我个人建议尽可能使用表面贴装组件。

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