스루홀과 표면실장 PCB 조립 방식의 선택 기준

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직접 설계한 회로를 PCB로 옮길 때 의외로 오래 고민하게 되는 문제가 있습니다. 부품의 리드를 기판 구멍에 넣는 스루홀 방식과 패드 위에 부품을 올리는 표면실장 방식 가운데 무엇을 선택할 것인가입니다. 두 방식은 단순히 부품 크기만 다른 것이 아니라 PCB 설계 난이도, 조립 비용, 기계적 내구성, 수리 가능성까지 바꿉니다.

작은 제품에는 무조건 표면실장이 유리하고, 튼튼한 제품에는 스루홀이 정답이라는 설명도 정확하지 않습니다. 커넥터는 스루홀로 고정하면서 저항과 IC는 표면실장으로 구성하는 혼합 설계가 흔하기 때문입니다. 실제 프로젝트에서 어느 쪽이 비용과 품질에 유리한지 대결 구도로 살펴보겠습니다.

공간 효율은 표면실장, 고정력은 스루홀

같은 회로도라도 달라지는 기판 면적

표면실장 기술(SMT)은 부품 리드를 관통 홀에 삽입하지 않고 PCB 표면의 패드에 납땜합니다. 저항과 커패시터는 물론 MCU, 통신 모듈, 전원 IC까지 작은 패키지로 배치할 수 있어 회로기판 면적과 제품 두께를 줄이는 데 유리합니다. 양면에 부품을 실장할 수도 있으므로 웨어러블 기기, 센서 노드, 소형 제어기처럼 공간이 빠듯한 제품에서 강점을 보입니다.

반면 스루홀 기술(THT)은 부품 리드가 도금된 구멍을 통과한 뒤 반대편에서 납땜됩니다. 홀이 배선 공간을 점유하고 부품 몸체도 비교적 크지만, 기판과 부품 사이의 물리적 결합이 견고합니다. 사용자가 반복해서 케이블을 꽂는 커넥터나 힘을 받는 스위치라면 작은 표면실장 패드만으로 버티게 하는 것보다 스루홀 고정이 안전합니다.

PCB의 기본 구조와 역할이 낯설다면 PCB 용어 정의를 먼저 확인하면 패드, 홀, 배선의 관계를 이해하기 쉽습니다. 여기서 중요한 판단 기준은 제품이 작아야 하는지, 아니면 외력이 반복되는지를 구분하는 것입니다.

• 표면실장 우세: 휴대용 제품, 고밀도 회로, 얇은 케이스, 양면 실장이 필요한 설계
• 스루홀 우세: 단자대, 대형 커넥터, 토글스위치, 무거운 전해 커패시터처럼 힘을 받는 부품
• 혼합 방식 우세: 소형화가 필요하지만 전원 단자와 조작부의 내구성도 포기할 수 없는 제품
• 설계 주의: 스루홀 주변에는 홀과 패드뿐 아니라 납땜 인두 또는 웨이브 솔더링 노즐이 접근할 공간도 남겨야 합니다.

실무 팁: 부품의 전기적 기능보다 사용 중 받는 힘을 먼저 상상해 보세요. 케이블을 비틀어 뽑거나 버튼을 세게 누르는 장면이 떠오른다면 해당 부품은 스루홀 또는 별도 기구 고정을 검토할 가치가 있습니다.

시제품 한 장과 양산 천 장의 비용 승부

부품 가격보다 조립 공정을 함께 계산해야 합니다

한두 장의 PCB를 손으로 조립한다면 스루홀이 편하게 느껴질 수 있습니다. 부품 표기가 크고 핀 간격이 넓어 위치를 확인하기 쉬우며, 리드를 구멍에 꽂아 두면 납땜 중 부품이 움직이지 않습니다. 브레드보드에서 검증한 DIP IC와 리드형 저항을 그대로 사용할 수 있어 교육용 키트나 초기 기능 검증에도 잘 맞습니다.

그러나 수량이 늘어나면 승부가 달라집니다. 표면실장 부품은 릴이나 트레이로 공급해 솔더 페이스트 인쇄, 픽앤플레이스, 리플로우 공정을 연속 수행할 수 있습니다. 초기에는 스텐실 제작비와 장비 설정비가 들지만 반복 생산에서는 부품 한 개당 배치 시간이 짧아집니다. 반대로 스루홀 부품이 많으면 수삽 인력, 리드 절단, 선택적 납땜 또는 웨이브 솔더링 공정이 추가될 수 있습니다.

견적을 비교할 때는 PCB 제조비만 보지 말고 부품 구매 형태와 실장 단가, 공정 전환 횟수, 검사 비용을 합쳐야 합니다. 전자부품의 범위와 역할은 전자 부품 관련 지식백과에서도 확인할 수 있습니다. 같은 용량의 부품이라도 릴 포장 SMD 제품과 낱개 리드형 제품은 구매 최소 수량과 자동화 적합성이 다릅니다.

1. 시제품 수량과 향후 예상 양산 수량을 각각 적습니다.
2. BOM에서 릴 공급이 가능한 부품과 수삽이 필요한 부품을 구분합니다.
3. 스텐실, 장비 설정, 부품 로스, 검사 비용이 포함됐는지 견적서에서 확인합니다.
4. 혼합 실장이라면 리플로우 후 수삽 공정이 추가되는 비용까지 질문합니다.

납땜 난이도와 수리성에서 갈리는 선택

손조립의 편안함과 자동화 품질은 같은 기준이 아닙니다

납땜을 처음 하는 사람에게는 핀 간격이 넓은 스루홀 부품이 확실히 관대합니다. 부품을 뒤집어도 떨어지지 않도록 리드를 살짝 벌릴 수 있고, 납이 부족하거나 과한 상태를 눈으로 확인하기도 쉽습니다. 불량 부품을 교체할 때도 흡입기와 솔더윅을 이용해 대응할 수 있지만, 다층 PCB의 큰 접지면에 연결된 핀은 열이 빠르게 분산되어 생각보다 제거가 어려울 수 있습니다.

표면실장은 0805나 0603 정도의 수동소자라면 인두와 핀셋으로도 충분히 작업할 수 있습니다. 하지만 0402 이하의 칩이나 핀 간격이 좁은 QFN, 기판 아래에 솔더볼이 숨는 BGA는 난도가 급격히 올라갑니다. 패드가 들뜨거나 부품이 한쪽으로 서는 툼스톤 현상, 핀 사이 솔더 브리지, 하부 패드의 보이드처럼 육안만으로 판단하기 어려운 결함도 생깁니다.

그렇다고 표면실장의 품질이 본질적으로 낮은 것은 아닙니다. 적절한 풋프린트, 균형 잡힌 패드 열용량, 정확한 페이스트 도포량과 리플로우 프로파일을 확보하면 조립 편차를 줄일 수 있습니다. 여러 전자부품의 형태가 어떻게 다른지 궁금하다면 전자 부품의 모양과 쓰임새를 참고한 뒤 실제 구매 부품의 데이터시트와 대조하는 편이 좋습니다.

• 교육·취미 제작: DIP IC, 리드형 저항 등 스루홀 중심으로 시작하면 납땜 상태를 배우기 쉽습니다.
• 중소형 시제품: 0603 또는 0805 수동소자와 리드 간격이 넉넉한 SMD IC를 선택하면 크기와 작업성의 균형이 좋습니다.
• 전문 조립 의뢰: QFN과 BGA 사용 전 조립 업체의 최소 피치, X-ray 검사 가능 여부, 부품 포장 조건을 확인합니다.
• 현장 수리 제품: 자주 교체할 퓨즈, 릴레이, 커넥터는 접근성과 인두 공간을 확보하고 소켓 적용도 검토합니다.
• 열에 약한 부품: 데이터시트의 리플로우 허용 온도와 횟수를 확인하고, 수삽 공정에서도 인두 접촉 시간을 제한합니다.

수리성을 중시한다면 모든 부품을 크게 만드는 것보다 고장 확률이 높은 부품과 측정 포인트만 쉽게 접근하도록 설계하는 편이 효과적입니다. 테스트 패드, 명확한 실크 표기, 커넥터 핀 번호가 현장 시간을 크게 줄입니다.

커넥터만 스루홀로 남겨도 괜찮을까요

혼합 실장이 가장 현실적인 이유

가장 자주 나오는 질문은 “나머지는 SMD로 만들고 커넥터만 스루홀로 남겨도 되나요?”입니다. 답은 대부분 가능하며 오히려 매우 실용적인 구성입니다. 저항, 커패시터, IC는 표면실장으로 밀도를 높이고 외력을 받는 USB 커넥터, 터미널 블록, 전원 잭은 스루홀 고정 탭이 있는 부품으로 선택하면 두 방식의 장점을 함께 얻을 수 있습니다.

다만 PCB 레이아웃 단계에서 조립 순서를 고려해야 합니다. 일반적으로 SMD 부품을 먼저 리플로우한 다음 스루홀 부품을 수삽 납땜합니다. 스루홀 커넥터 몸체가 높거나 넓으면 스텐실 프린터의 지지 구조, 리플로우 캐리어, 인두 접근을 방해할 수 있으므로 나중에 장착할 수 있는 위치와 방향을 잡아야 합니다. 커넥터 고정 핀 주변의 구리 패턴과 비아가 납을 빨아들이지 않는지도 살펴야 합니다.

예를 들어 진동이 있는 소형 제어기를 만든다고 가정해 보겠습니다. MCU와 센서 회로는 표면실장으로 구성하되 케이블 하네스가 연결되는 단자는 스루홀 제품을 사용하고, 필요하면 나사나 케이스 브래킷으로 하중을 분산합니다. 이때 납땜부가 케이블 힘을 전부 받게 해서는 안 됩니다. 전기적 접속은 솔더가, 반복 하중은 기구 구조가 담당하도록 역할을 나누는 것이 장기 신뢰성에 유리합니다.

1. 풋프린트 확인: 제조사 권장 홀 지름, 패드 크기, 고정 탭 위치를 그대로 검토합니다.
2. 공정 순서 확인: SMD 리플로우 뒤 커넥터를 수삽할 수 있는지 조립 업체에 묻습니다.
3. 금지 영역 확보: 커넥터 체결 도구와 케이블 굽힘 반경만큼 주변 부품을 떨어뜨립니다.
4. 하중 분산: 고정 홀, 보강 탭, 케이스 지지대를 이용해 패드 박리를 예방합니다.
5. 검사 방식 지정: 스루홀 납 충진 상태와 SMD 솔더 조인트를 서로 다른 기준으로 검사하도록 도면에 기재합니다.
6. 교체 시험: 커넥터를 실제로 여러 차례 꽂고 빼면서 기판 휨과 패드 변형을 확인합니다.

혼합 실장은 공정이 하나 더 늘어나는 대신 작은 PCB와 튼튼한 인터페이스를 동시에 확보합니다. 단순히 스루홀 대 표면실장 가운데 승자를 고르기보다, 힘을 받는 부품과 자동 배치할 부품을 BOM에서 분리해 보세요. 그 구분이 PCB 제조 견적의 정확도를 높이고 조립 불량과 현장 파손도 줄여 줍니다.