SMT vs 스루홀: 어떤 PCB 조립 방식이 가장 비용 효율적일까?

전자기기 생산 분야에서 성능과 비용은 올바른 조립 방식을 선택하는 데 달려 있습니다. 여러 접근 방식 중에서도 표면실장기술(SMT)과 스루홀기술(THT)은 PCB 조립에 가장 흔히 사용되는 두 가지 방식입니다. 이 두 조립 방식은 결합되어 일부 제품에 사용되기도 하고, 개별 기술로 사용되기도 합니다. 사소해 보일 수 있지만, 이 차이는 보드 설계, 사용되는 소재와 기법, 방열, 관련 인건비 및 셋업 비용 등 여러 측면에 영향을 미칩니다.

⦁ 완전 SMD: PCB의 한쪽 면 또는 양면에 부품이 부착될 수 있습니다.

⦁ 혼합(MIXED): 일부 부품이 SMD로 제공되지 않을 때 자주 사용됩니다. 여러 공정 단계가 필요하여 생산하기에 가장 복잡한 조립 유형입니다. SMD와 스루홀 부품이 함께 사용됩니다.

⦁ 완전 TH: 프로토타이핑이나 테스트에서 크게 의존하는 방식입니다. 이 경우 부품은 PCB의 양면(양면형) 또는 한쪽 면(단면형)에 배치됩니다.

두 방식 모두 각각의 이점이 있으며 다양한 상황에 적용됩니다. 이 글에서는 조달 전문가와 설계 엔지니어가 지식을 갖추고 결정을 내릴 수 있도록 SMT와 스루홀을 철저히 비교합니다. 다만 경제적으로는, 이 결정이 다양한 기술적·재정적 고려 사항에 따라 달라집니다.

1.    표준 솔더링 기술:

표면실장기술(SMT): 표면실장소자(SMD)는 일반적으로 풋프린트가 더 작아 더 소형화된 설계와 고밀도 레이아웃을 가능하게 합니다. 자동화된 픽앤플레이스 장비를 이용해 부품이 인쇄회로기판 표면에 직접 배치됩니다.

스루홀기술(THT): 스루홀기술(THT)에서는 부품의 리드가 인쇄회로기판(PCB)에 미리 뚫린 구멍에 삽입된 후 제자리에 솔더링됩니다. 반대편에서는 웨이브 솔더링이나 수작업이 이루어질 수 있습니다. 기계적 응력을 받는 부품, 대형 커패시터, 커넥터 등에 흔히 사용됩니다.

2.    SMT PCB 조립:

표면실장기술(SMT) PCB 조립은 배치 솔더 리플로우 방식으로 진행되며, 인쇄회로기판에 부품을 직접 실장합니다. 이 과정은 PCB에 솔더 페이스트를 도포하는 것으로 시작됩니다. 이후 보드 위에 부품을 안전하게 정밀 배치합니다. 다음 단계는 조립체를 리플로우 오븐에서 조심스럽게 가열하는 것입니다. 열 아래에서 솔더 페이스트가 녹으면서(이를 '리플로우'라고 함) PCB와 부품 사이에 연결이 형성됩니다. 냉각 후에는 솔더가 경화되어 PCB와 부품 사이에 견고한 결합이 만들어집니다. SMT 조립은 로봇 기술을 광범위하게 활용합니다. 이는 대량 생산 시 상당한 인건비 절감으로 이어질 수 있습니다.

하단의 작은 금속 또는 세라믹 접점 덕분에 와이어 리드 대신 PCB의 패드에 직접 연결할 수 있습니다. 이러한 특수 패키징 덕분에 더 가벼운 부품과 고밀도 조립이 보장됩니다. SMD는 기존 부품과는 다른 독특한 패키징을 가지고 있습니다.

3.    스루홀 조립:

THT 조립은 PCB에 정밀하게 홀을 뚫는 것으로 시작됩니다. 이 홀들은 부품을 고정하는 데 필요한 요구 사항에 맞춰져 있습니다. 이 홀에 THT 부품의 리드가 삽입되어 솔더링 작업을 준비합니다. 두 가지 솔더링 기법은 선택적 솔더링과 웨이브 솔더링입니다.

구멍을 뜨거운 솔더로 채움으로써 리드와 PCB 조립체 사이에 견고한 전기적·물리적 연결을 형성할 수 있습니다. 웨이브 솔더링 중에는 용융된 솔더 풀이 PCBA를 가로질러 이동합니다. 펌프에 의해 형성된 솔더의 '파도(wave)'가 인쇄회로기판 조립체(PCBA)에 부착되어 부품을 고정합니다. 반면 선택적 솔더링은 솔더링이 필요한 PCBA의 특정 위치만을 정확히 겨냥합니다. 이 방식은 필요한 곳에만 정밀하게 솔더를 떨어뜨림으로써 솔더 마스크가 필요 없게 해줍니다.

4.    SMT와 스루홀 조립 비용 비교

1) 소재 및 부품 비용

표준화된 용기와 폭넓은 가용성 덕분에, 대량으로 제조할 때 일반적으로 더 작고 저렴한 SMT 부품은 무게가 가벼워 운송 비용과 자원 사용을 낮춰줍니다. 반면 제조업체들이 주류 전자기기 제조를 SMT 쪽으로 옮겨감에 따라, THT 부품은 대개 더 크고 무거우며 비용도 더 높은 편입니다.

2) PCB 제조 비용

특히 다층 보드의 경우, 스루홀 조립은 PCB에 홀을 뚫는 작업을 필요로 합니다. 이는 추가적인 제작 공정 단계를 더하고 제조 비용을 높입니다. 도금 관통홀이 덜 필요하기 때문에 제조 복잡성과 소재 사용이 줄어듭니다. SMT PCB는 더 단순하고 제작 비용도 더 저렴합니다.

3) 장비 및 셋업 비용

SMT 조립 라인을 구축하려면 자동 배치 시스템과 리플로우 로에 대한 대규모 초기 장비 구입이 필요합니다. 하지만 단위당 조립 비용이 낮아짐에 따라, 대량 생산에서는 시간이 지나면서 이러한 투자가 더욱 저렴해집니다. 스루홀 조립은 초기 셋업 비용이 더 낮지만, 인력과 더 긴 제조 사이클로 인해 규모가 커질수록 비용이 더 늘어납니다.

4) 테스트 및 품질 관리

AOI, SPI와 같은 자동 검사 시스템을 활용함으로써, SMT 공정은 결함 검출률을 높이고 재작업 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 반면 더 복잡한 조립체의 경우, 스루홀 조립은 종종 수작업 검사가 필요해 품질 관리에서 시간과 인건비 모두를 증가시킵니다.

5) 수리 및 재작업 비용

스루홀 부품은 크기가 더 크기 때문에 재작업 시 교체가 더 쉬운 편입니다. 하지만 SMT 보드를 재작업하려면 전용 도구와 숙련된 전문가가 필요해 수리 비용이 높아집니다. 다만 자동화된 SMT 라인의 더 높은 조립 정밀도 덕분에 때로는 재작업 수요 자체가 줄어들기도 합니다.

결론

자동화, 축소된 부품 크기, 그리고 대량 생산 시 낮아지는 단위당 비용 덕분에, SMT는 대부분의 현대 전자제품, 특히 소비자 가전, 통신, 컴퓨터 분야에서 명백히 더 비용 효율적인 조립 기법입니다. 그럼에도 기계적 강도, 내구성, 특정 부품의 가용성이 우선시되는 특수한 용도에서는 스루홀 조립이 여전히 중요합니다. SMT는 대개 대량 생산을 고려하는 소형, 고밀도 설계에 권장되는 솔루션입니다.

스루홀은 제품에 최고의 가치를 제공할 수도 있지만, 이는 한정된 배치 생산이나 높은 인건비와 같은 조건에 따라 달라집니다. 결국 생산량, 애플리케이션 유형, 기능적 요구 사항이 가장 경제적인 전략을 결정짓습니다.

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