SMD oder THT? So wählen Sie die richtige Bestückungstechnologie

Wenn der Schaltplan steht und die Platine entflochten ist, stellt sich die Frage, wie die Bauteile tatsächlich auf die Platine kommen. Die Wahl zwischen SMD/SMT (Surface Mount Technology) und THT (Through-Hole Technology) ist nicht nur eine technische Frage: Sie bestimmt die Bestückungskosten, die Verfügbarkeit der Bauteile, die Größe des Geräts und sogar, wie Sie die Platine prüfen und reparieren. In der Praxis kombinieren die meisten modernen Platinen beide Technologien – wichtig ist, dass Sie das bewusst tun.

Was SMD und THT sind

Bei der SMD-Bestückung werden Bauteile in Gehäusen wie 0402, 0603, SOT-23, QFN, QFP oder BGA direkt auf die Pads an der Oberfläche der Platine gesetzt und mit Lotpaste im Ofen gelötet (Reflow). Die Bauteile benötigen keine Bohrungen und können daher auf beiden Seiten der Platine sitzen.

Bei THT haben die Bauteile Drahtanschlüsse, die durch durchkontaktierte Bohrungen geführt und auf der Gegenseite verlötet werden – von Hand, per Wellenlöten oder per Selektivlöten.

Vergleich in der Praxis

Wann SMD die richtige Wahl ist

SMD ist heute die Standardtechnologie für nahezu jede Elektronik. Die Gründe:

• Moderne Halbleiter gibt es nur noch in SMD-Gehäusen. Mikrocontroller, Funkchips, Spannungsregler und Sensoren werden kaum noch im DIP-Gehäuse angeboten.
• Eine kleinere Platine bedeutet einen niedrigeren Leiterplattenpreis und ein kleineres Gehäuse.
• Automatisierung. Ein Bestückungsautomat (Pick-and-Place) setzt Tausende Bauteile pro Stunde mit einer Präzision, die von Hand nicht erreichbar ist.
• Bessere elektrische Eigenschaften. Kürzere Verbindungen und eine geringere parasitäre Induktivität sind bei schnellen Signalen und Schaltreglern entscheidend.

Ein typischer SMD-Prozess in einer Kleinserie:

1. Lotpastendruck durch eine lasergeschnittene Schablone aus Edelstahl (0,10 bis 0,15 mm dick).
2. Bestückung mit einem Pick-and-Place-Automaten von Rollen, Stangen oder Trays. Bei Kleinserien werden manche Bauteile mitunter von Hand unter dem Mikroskop gesetzt.
3. Reflow-Löten im Ofen mit einem auf die Paste abgestimmten Profil (bei bleifreier SAC305-Paste mit einer Spitzentemperatur von 240 bis 250 °C).
4. Optische Inspektion (AOI oder manuell) und bei Bedarf Nacharbeit.

Wann THT weiterhin sinnvoll ist

THT ist keine veraltete Technologie, sondern eine spezialisierte. Setzen Sie sie ein für:

• Steckverbinder, die mechanischen Kräften ausgesetzt sind: USB, Netzbuchsen, Klemmleisten, Stiftleisten, DC-Buchsen. Eine durchkontaktierte Bohrung hält Zug- und Steckkräften wesentlich besser stand als ein SMD-Pad.
• Große Kondensatoren, Spulen und Transformatoren, deren Masse die Tragfähigkeit einer SMD-Lötstelle übersteigt oder die es als SMD-Bauform schlicht nicht gibt.
• Leistungsbauteile in TO-220- und TO-247-Gehäusen, die auf einen Kühlkörper geschraubt werden.
• Relais, Sicherungen und Schalter, die der Anwender betätigt oder austauscht.
• Lehr- und Hobbyprojekte, bei denen jeder die Platine mit einem Lötkolben aufbauen und reparieren können soll.

Mischbestückung: Praxis in den meisten Geräten

Nahezu jede Industrieplatine, die wir sehen, ist mischbestückt: SMD für die Logik und die passiven Bauteile, THT für die Steckverbinder und einige Leistungsbauteile. Wichtig sind die Reihenfolge und das Lötverfahren:

1. Zuerst werden die SMD-Bauteile bestückt und im Reflow gelötet (bei beidseitiger Bestückung zuerst die Unterseite, die beim zweiten Reflow an Ort und Stelle bleiben muss; bei schwereren Bauteilen hilft Kleber).
2. Danach werden die THT-Bauteile eingesetzt und von Hand, selektiv oder per Welle gelötet.

Beim Wellenlöten müssen die SMD-Bauteile auf der Unterseite verklebt und so ausgerichtet sein, dass die Welle keine Abschattungen erzeugt; bei Kleinserien ist es daher oft günstiger, den THT-Teil von Hand oder selektiv zu löten.

Pin-in-Paste (Intrusive Reflow) ist ein Verfahren, bei dem die Paste auch in die Bohrungen der THT-Bauteile aufgetragen wird, die dann im selben Reflow-Zyklus wie die SMD-Bauteile gelötet werden. Es eignet sich für Steckverbinder, die Reflow-Temperaturen vertragen und kurze Anschlüsse haben, und spart einen kompletten separaten Arbeitsschritt.

Bestückungskosten bei Kleinserien

Bei Prototypen und Serien von 5 bis 500 Stück sieht die Kostenstruktur anders aus als in der Massenfertigung:

• Fixkosten SMD: Schablone (einige Zehn Euro), Programmierung des Automaten, Einrichten der Zuführungen. Diese Kosten sind bei 5 und bei 500 Stück gleich.
• Variable Kosten SMD: Die Maschinenzeit pro Platine ist gering; bei 100 Bauteilen pro Platine geht es um Sekunden.
• Kosten THT: praktisch vollständig variabel; jedes Bauteil bedeutet manuelles Einsetzen und Löten.

Die Folge: Bei sehr kleinen Mengen (1 bis 3 Stück) kann die Handbestückung der SMD-Bauteile günstiger sein als das Einrichten des Automaten, ab etwa 10 Stück lohnt sich die maschinelle Bestückung jedoch in der Regel. Eine Platine mit 20 THT-Bauteilen hat bei 200 Stück höhere Bestückungskosten als dieselbe Platine mit 100 SMD-Bauteilen.

Wie das Design die Bestückungskosten beeinflusst

Einige Entscheidungen im Layout, die die Kosten direkt senken:

• Alle SMD-Bauteile auf einer Seite. Beidseitige Bestückung verdoppelt Einrichtungen und Reflow-Zyklen.
• Einheitliche Baugrößen der passiven Bauteile (z. B. nur 0603) verringern die Anzahl der Zuführungen.
• Vermeiden Sie exotische Gehäuse und Bauteile, die nur in Stangen oder als Einzelstücke erhältlich sind.
• Polarität und Ausrichtung sollten im Bestückungsdruck eindeutig gekennzeichnet sein; eine unklare Kennzeichnung bedeutet eine Rückfrage, eine Verzögerung oder einen Fehler.
• Passermarken (Fiducials) ermöglichen dem Automaten eine präzise Ausrichtung; ohne sie ist die Bestückung feiner Gehäuse nicht zuverlässig.
• THT-Bauteile auf derselben Seite und mit ausreichend Abstand für den Lötkolben oder die Selektivlötdüse.
• Eine vollständige Stückliste (BOM) mit Herstellerteilenummern und Bestückungsbezeichnungen erspart stundenlangen Abstimmungsaufwand.

Handlöten: wann und wie

Das Handlöten von SMD-Bauteilen ist für Prototypen durchaus realistisch: 0603 und SOT-23 mit dem Lötkolben, QFN und Fine-Pitch-QFP mit Paste und Heißluft. Für BGA-Gehäuse sind dagegen ein Reflow-Ofen oder eine temperaturgeregelte Rework-Station sowie eine Röntgenprüfung der Lötstellen nötig – was in der Praxis fast immer bedeutet, die Bestückung einer spezialisierten Werkstatt zu überlassen.

Bei THT-Bauteilen ist das Handlöten bei Kleinserien Standard. Wir empfehlen eine temperaturgeregelte Lötstation, Lötdraht mit Flussmittelseele und das Entfernen der Rückstände nach dem Löten, insbesondere bei empfindlichen Analogschaltungen.

Empfehlungen nach Projektart

• Prototyp, 1 bis 5 Stück: SMD von Hand oder maschinell bestückt, THT von Hand. Entscheidend ist die Geschwindigkeit.
• Pilotserie, 10 bis 100 Stück: maschinelle SMD-Bestückung mit Schablone, THT von Hand oder selektiv. Schon hier lohnt sich eine Fertigungsdokumentation.
• Serie von 100 bis 1000 Stück: maschinelle SMD-Bestückung, THT selektiv oder per Welle, AOI-Prüfung, Prüfadapter.
• Über 1000 Stück: THT minimieren, Pin-in-Paste in Betracht ziehen, Bauteile standardisieren.

Sie benötigen Unterstützung?

Bei Selektronik bestücken wir SMD- und THT-Bauteile in Klein- und Mittelserien – mit einem Pick-and-Place-Automaten, einem Reflow-Ofen und erfahrener Handmontage für Sonderfälle. Wenn wir eine Platine entwickeln, sorgen wir schon im Layout dafür, dass die Bestückung möglichst günstig wird. Eine Preisschätzung für Ihre Leiterplatten erhalten Sie im Leiterplatten-Konfigurator; für ein Bestückungsangebot senden Sie uns Gerber-Daten und Stückliste an info@selektronik.si.