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Quali sono le differenze principali tra montaggio SMT e montaggio a foro passante nella selezione dei materiali?

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Uno sguardo completo su come le saldature, i substrati, il flusso e la progettazione dei componenti differiscono tra le tecnologie SMT e quelle a foro passante

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Quando si confronta la tecnologia SMT (Surface Mount Technology) con la tecnologia THT (Through-Hole Technology), le variazioni nella selezione dei materiali riguardano principalmente i tipi di saldatura utilizzati, le proprietà del substrato, le prestazioni del flussante e la progettazione dei componenti elettronici.

1. Materiali per saldatura

L'SMT si basa generalmente sulla pasta saldante, che è una miscela di particelle metalliche e disossidante in forma semiliquida adatta alla stampa su stencil. Le leghe comunemente utilizzate includono composizioni tradizionali Sn-Pb come Sn63/Pb37 o opzioni senza piombo come SAC305. Queste paste fondono in genere a temperature più basse, intorno al punto eutettico di 183°C, il che favorisce una saldatura a riflusso rapida ed efficiente.

La THT, invece, può utilizzare fili di saldatura, preforme o paste di saldatura a più alto contenuto metallico. Le leghe di saldatura utilizzate nella produzione di fori passanti devono spesso resistere a temperature più elevate, solitamente superiori a 230°C. Materiali come Sn-Bi o Sn-Ag-Cu-Bi sono scelti per una resistenza meccanica superiore. La saldatura a onda e la saldatura selettiva sono processi comuni, che richiedono flussi con caratteristiche specifiche di flusso e bagnatura per ottenere giunti uniformi.

2. Materiali del substrato

Gli assemblaggi SMT sono in genere progettati su laminati epossidici di vetro FR-4 ottimizzati per circuiti ad alta densità e microvie. Per resistere alle saldature a riflusso standard, questi laminati hanno di solito una Tg di almeno 170°C.

Le applicazioni THT richiedono spesso substrati con una capacità termica superiore. Per gestire l'espansione termica e le sollecitazioni meccaniche si utilizzano FR-4 ad alta Tg, materiali ceramici come l'allumina (Al₂O₃) o schede con superfici metallizzate (come le finiture in nichel-oro). Le schede a fori passanti richiedono anche fori praticati meccanicamente, in genere da 0,5 mm a 1,5 mm, che vengono placcati per garantire la continuità elettrica.

3. Tipi di flusso e requisiti di processo

Nei processi SMT si utilizzano flussanti solubili in acqua o no-clean per ridurre al minimo i residui e facilitare la stampa precisa degli stencil. I profili di riflusso a temperatura controllata sono fondamentali per evitare difetti di saldatura come il bridging o il tombstoning.

L'assemblaggio THT comporta spesso processi che espongono i componenti e le schede alla saldatura a onda. Per questo motivo, vengono scelti flussanti con livelli di attività più elevati per resistere all'ossidazione durante il flusso di saldatura ad alta temperatura. In genere sono necessarie ulteriori fasi di produzione, come l'attivazione del flussante e la saldatura a onda.

4. Imballaggio dei componenti e progettazione meccanica

I componenti SMT sono generalmente privi di conduttori o presentano conduttori molto corti. I pacchetti, come i QFP e i BGA, sono progettati con una spaziatura fine del passo, a volte fino a 0,4 mm, e devono resistere a temperature di rifusione fino a 260°C. Materiali come LCP e EMC sono comuni per la loro stabilità dimensionale.

I componenti THT, invece, utilizzano pin lunghi che attraversano il PCB e vengono saldati dal lato opposto. Questi pacchetti, come i connettori DIP o i componenti di potenza di grandi dimensioni, devono tollerare carichi termici ancora più elevati, spesso superiori a 300°C, e richiedono una spaziatura tra le piazzole sufficiente a gestire la flessione dei conduttori e le sollecitazioni meccaniche.

5. Altre differenze importanti

L'SMT viene solitamente applicato su circuiti stampati più sottili, tipicamente tra 1,6 mm e 2,0 mm, perché non fa affidamento sul supporto meccanico del PCB. Le schede THT sono spesso più spesse, 2,4 mm o più, per migliorare la rigidità strutturale e supportare componenti di grandi dimensioni.

Anche le finiture superficiali differiscono. L'SMT utilizza comunemente l'ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) per migliorare la saldabilità e la planarità. La produzione THT, invece, dipende in larga misura dai fori passanti placcati per garantire la conduzione elettrica e forti legami meccanici.

In termini di requisiti normativi, i progetti SMT sono spesso allineati alle restrizioni RoHS e REACH, soprattutto per la produzione senza piombo. I processi THT possono ancora utilizzare la saldatura Sn-Pb in alcune applicazioni sensibili ai costi o legacy.

Applicazioni tipiche

L'SMT è ampiamente applicato negli smartphone, negli indossabili, nei sensori compatti e nei moduli ad alta frequenza, dove le dimensioni e la densità sono fondamentali. Il THT rimane la scelta preferita per i connettori di potenza, i relè, gli interruttori automatici, i sistemi di accensione e altri componenti che devono sopportare notevoli sollecitazioni meccaniche o termiche.

In molti prodotti moderni viene adottato l'assemblaggio ibrido: L'SMT gestisce i circuiti miniaturizzati o RF, mentre il THT garantisce la durata dei componenti che richiedono un ancoraggio meccanico più forte.

Conclusione

La scelta tra SMT e THT dipende in ultima analisi dalle priorità di progettazione:

L'SMT è ideale per la miniaturizzazione, l'alta densità di componenti e la produzione di massa a costi contenuti.

Il THT eccelle in ambienti che richiedono una resistenza meccanica superiore, un'elevata tolleranza termica e un'affidabilità a lungo termine.

Molti settori mission-critical, come l'elettronica aerospaziale e automobilistica, integrano entrambe le tecnologie per ottenere prestazioni equilibrate.