混合技術 PCB 組裝：在同一塊電路板上結合 SMT 與 THT

隨著科技變得越來越複雜，市場對高階印刷電路板的需求持續增加。在電子產業中，最常見的兩種 PCB 組裝技術是 SMT 和 THT，兩者主要差異在於元件的安裝方式。SMT 將元件安裝在電路板表面，而 THT 則利用鑽孔將元件插入並焊接。

雖然這兩種技術各自適用於特定應用，但電子產業的發展已經讓混合 PCB 組裝成為可能。混合 PCB 組裝的核心，是在同一塊電路板上結合 SMT 和通孔技術，充分發揮兩種技術的優勢。

混合組裝看似簡單，實際上卻是一套需要精準度和準確性的分階段製造流程。與一般初步理解不同，混合 PCB 組裝並不是在 SMT 電路板上簡單增加幾個通孔元件。組裝順序中的錯誤可能大幅降低製造良率。

「混合 PCB 組裝」的真正含義

在工業電子製造中，混合 PCB 組裝也稱為混合技術 PCB 組裝、混合式 PCB 組裝或混合技術組裝，會同時整合 SMT 和 THT 元件。採用混合技術組裝製造的單塊 PCB，會在同一塊板上安裝表面貼裝元件和通孔元件，通常需要按照分階段製程，而不是只使用單一組裝流程。

需要注意的是，混合 PCB 組裝與純 SMT 或純 THT 流程有很大差異，因為 SMT 中的個別設計決策可能影響 THT 結果，反之亦然。因此，從 SMT 和 THT 的整體角度進行平衡設計，對確保製造線上的波峰焊成功至關重要。

何時需要混合組裝

除了了解混合技術 PCB 組裝的真正含義，也同樣重要的是知道何時需要混合組裝。以下是混合組裝流程成為必要方案的一些常見情況：

• 某些元件連接器需要較高的機械強度，例如 USB、RJ45、DIN 或板對板連接器。對於這些元件，將 SMT 元件與通孔元件結合，可以在保持插拔可靠性的同時提升整體性能。
• 電路板上存在大型電解電容、變壓器或螺絲端子。這些元件通常需要較大的通孔引腳區域，以便在運作期間承受高電流密度。
• 使用 TO-220 穩壓器和大型散熱器等高功率耗散元件。這些元件可以透過通孔引腳將熱量有效傳導至銅層。
• 繼電器、高壓元件和面板安裝元件預期會承受頻繁而強烈的機械應力，但在形成可靠的通孔焊點後，可以承受衝擊和振動。
• 包含細間距 SMT IC 的複雜電路板，有時仍需要使用以通孔封裝形式提供的傳統類比元件。
• 如果上述情況都不適用，通常可以採用純 SMT；對於仍需使用 THT 外形的元件，也可以採用 Pin-in-Paste，以簡化製造流程。

混合組裝與純 SMT 或純 THT 的差異

雖然純 SMT 和 THT各自適用於特定應用，但大多數超過業餘等級的量產 PCB 預設都會採用混合技術。因此，對大多數專業級電路板而言，問題並不是是否採用混合組裝，而是如何安排流程順序，以及如何準備正確的設備。

混合組裝流程：在同一塊電路板上安排 SMT 與 THT

混合組裝流程能否成功，很大程度取決於正確的流程順序。在混合 PCB 組裝中，順序非常重要。每個步驟都會讓前一個步驟形成的焊點再次承受熱應力，因此必須採用適當順序來維持良率。目前，業界主要使用兩種混合組裝順序。

第一種以下稱為順序 A，依次進行回流焊和波峰焊。第二種以下稱為順序 B，利用 Pin-in-Paste，讓電路板在一次回流焊中完成組裝。

順序 A：先回流焊，再進行波峰焊

1. 使用精密鋼網在 SMT 面印刷焊膏。鋼網品質會直接影響良率。鋼網品質不佳可能導致橋接、焊膏沉積不足和墓碑效應。
2. 開始進行貼片，將 SMT 元件放置到指定位置。
3. SMT 貼裝完成後，進行回流焊以焊接元件。
4. 接著將電路板翻面，在底面塗佈紅膠，使 SMD 元件能夠面向波峰焊。紅膠鋼網會沉積膠點。
5. 塗膠後，放置底面 SMD 元件，並透過熱固化或 UV 固化使膠水固化。
6. 接著從頂面插入 THT 元件。
7. 根據可用設備和應用需求，可以使用波峰焊或選擇性焊接，焊接 THT 引腳和底面已塗膠的 SMD。當只有少量 THT 焊點時，可以採用選擇性焊接。
8. 最後進行全面檢查，包括必要的電氣測試、AOI、X-ray（BGA）和線路內測試。

順序 B：Pin-in-Paste——一次回流焊完成混合組裝

另一種混合組裝順序採用 Pin-in-Paste，只需一次回流焊即可同時焊接 SMD 和 THT 元件。流程首先在同一張鋼網上，將 PIP 焊膏印刷到通孔孔壁內，同時覆蓋 SMT 焊盤。接著在回流焊前插入 THT 元件。在這種方式下，SMT 和 THT 焊點會在一次回流焊中同時形成，因此不需要獨立的波峰焊步驟。

由於順序 B 移除了波峰焊步驟，相比順序 A，設備成本更低，流程也可縮短 1 至 2 個步驟。不過，PIP 的限制是它只適用於低至中等引腳數量的 THT 元件，例如少於 20 個引腳且搭配較小電容的連接器。對於會阻止孔內焊膏達到所需回流焊溫度的大型、高熱容量元件，PIP 經常會失效。此外，PIP 需要更複雜的鋼網設計，必須在通孔上方使用放大的開口，以沉積足夠焊膏填滿孔洞。額外焊膏體積正是 PIP 能夠運作的關鍵，但也會使部分 THT 元件不相容。

如何為電路板選擇正確的組裝順序

混合 PCB 組裝的鋼網配置

由於混合電路板同時包含 SMT 和 THT 元件，因此通常需要使用多於一種鋼網。在設計混合 PCB 技術時，必須提前考慮鋼網需求等前期成本，以避免後期出現預算和製程問題。

焊膏鋼網（基礎配置）

所有流程都從焊膏鋼網開始。如前文所述，品質不佳的鋼網會影響生產良率。標準細間距 SMT 鋼網的箔厚通常為 0.10–0.15 mm，具體取決於最小元件間距。對於混合技術 PCB 組裝，根據 IPC-7525C（2021），開口規則與純 SMT 一致：面積比 ≥0.66，寬高比 ≥1.5。

對於回流焊後還要進行波峰焊的混合 PCB，建議使用電解拋光開口和奈米塗層箔材，以減少長時間生產中的焊膏污痕。對於結合 0.4 mm 間距 BGA 和 TO-220 散熱焊盤的混合電路板，可以使用階梯鋼網，按區域改變鋼網厚度。

紅膠鋼網（底面 SMD 需要經過波峰焊時）

對於同時整合底面 SMT 和通孔元件的應用，經過波峰焊的表面貼裝元件必須預先塗膠，以避免在熔融焊料中被沖走。在這種情況下，獨立的紅膠鋼網會在每個底面元件下方的 SMD 焊盤之間或旁邊沉積環氧膠點。此製程的箔厚應約為 0.15–0.30 mm，使膠點能夠避開元件離板高度。

為確保精準對位，焊膏鋼網和紅膠鋼網必須使用相同的 PCB 原點，最好透過同一次 Gerber 上傳完成。JLCPCB 支援使用同一份上傳檔案製作兩種鋼網，避免對位偏移。

混合 PCB 組裝電路板的設計規則

與其他工程產品和原型一樣，製造問題往往源於設計不佳。混合電路板也不例外。無論你是業餘愛好者還是經驗豐富的混合電路板設計師，以下指南都能協助降低生產期間的電路板故障。

元件放置規則

由於混合 PCB 在同一塊電路板上整合 SMT 和通孔元件，元件位置也可能決定製程是否失敗。為確保 SMT 和 THT 引腳都能在波峰焊期間正確焊接，SMT 和 THT 元件之間應至少保持 2.5 mm 間距。這個間距可讓波峰焊以適當角度接近焊接區。此外，連接器和塑膠外殼等熱敏感 SMT 元件，如情況允許，應遠離波峰焊區域。

在波峰焊期間，底面 SMD 的正確方向取決於元件類型，有助於避免波峰遮蔽和焊接不完整。對於兩端子晶片元件，長軸應垂直於波峰行進方向，以確保均勻焊接。相反，多引腳 IC 應與波峰方向平行放置，以避免焊接橋接。最後，建議按引腳方向分組放置 THT 元件，因為平行排列的 THT 元件通常比散亂分布的元件更容易自動插入，也更具成本效益。

熱曲線考量

無論混合電路板採用哪種順序，每個元件都必須能承受回流焊期間的熱應力。對於包含標準回流焊和波峰焊的順序 A，底面 SMD 元件會經歷第二次熱循環。雖然無鉛回流焊的峰值溫度曲線（235–250 °C）與波峰焊槽（250–260 °C）相當接近，但電路板仍然會經歷兩次加熱循環。因此，有必要在各自的資料表中確認個別元件能否承受第二次熱循環。

同樣地，對於採用 Pin-in-Paste 的順序 B，也必須仔細確認每個 THT 元件的回流焊相容性。通常，THT 元件的塑膠部分在波峰焊期間不會承受很高的熱應力。然而，在 Pin-in-Paste 製程中，由於 THT 元件會與 SMT 元件一同進行回流焊，因此必須承受更高的熱曲線。

可避免返工的 DFM 規則

在電子製造業中，重新製作電路板，也稱為重新迭代或 spin，會消耗時間、金錢和人力。為盡可能避免因設計失誤或缺陷而需要重新迭代，電路板必須在設計階段就充分考慮可製造性。

在順序 A 中，底面元件經過波峰焊前，必須先固定膠水。然而，這層黏合劑或膠水必須在 Gerber 檔案中明確、獨立標示，因為許多 CAM 系統會直接根據這項規格生成紅膠鋼網。如果未正確標示，工廠的自動 CAM 軟件可能會忽略紅膠鋼網。另一方面，對於預計採用順序 B 或 Pin-in-Paste 的混合 PCB，Gerber 必須明確說明通孔是否填充焊膏，或是否保留給波峰焊，因為系統會根據不同規格生成不同鋼網。

對於同時包含 0.4 mm BGA 和大型連接器的電路板，要求進行可製造性設計（DFM）審查，可以提前避免焊膏體積要求互相衝突。當細間距元件與大型連接器混合使用時，客製階梯鋼網是確保電路板正常運作的必要工具。此外，對於所有離板高度超過 0.5 mm 的元件，都應在設計階段標示離板高度，以便工廠選擇紅膠鋼網厚度和階梯鋼網規格。

混合 PCB 組裝中的常見挑戰

混合 PCB 組裝常見問題

結論：將混合 PCB 組裝視為完整系統，而不是單一步驟

總而言之，混合 PCB 組裝並不是在 SMT 電路板上簡單安裝幾個 THT 元件，而是一套每個步驟都會影響下一步的分階段流程。正確的組裝順序（順序 A 或 PIP）、鋼網配置（焊膏鋼網、可選紅膠鋼網和階梯鋼網）、可製造性設計規則，以及常見問題的解決方案，會共同決定生產良率。任何一項缺失或執行不當，都可能導致混合電路板故障。

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DFM 混合電路板如今已成為電子產業的標準。如果沒有遵循正確指南和流程順序，製造這類電路板可能會非常困難。安排好流程順序，為兩種製程配置合適設備，混合 PCB 組裝就不會再是需要不斷修改的環節，而會成為產品順利出貨的關鍵。