PCB 관통홀과 표면실장, 초보 설계에 맞는 선택은?

• 목록
• 답변
• 글쓰기
• 옵션
  • 수정
  • 삭제

부품을 골라 회로도까지 완성했는데 PCB 풋프린트를 찾는 순간 막히는 경우가 많습니다. 같은 저항과 커넥터라도 기판에 구멍을 뚫어 끼우는 형태가 있고, 표면에 바로 올리는 형태도 있기 때문입니다. 이 선택은 단순히 부품 모양만 바꾸는 일이 아니라 PCB 크기, 조립 난이도, 제조비, 수리 편의성까지 함께 결정합니다.

초보자라면 무조건 작고 최신 방식인 표면실장을 선택할 필요도, 납땜하기 편하다는 이유로 모든 부품을 관통홀로 고집할 필요도 없습니다. 만들려는 수량과 사용할 공구, 부품이 받는 힘을 먼저 따져보면 훨씬 현실적인 답을 찾을 수 있습니다.

관통홀 부품과 표면실장 부품은 붙이는 방법부터 다릅니다

다리가 구멍을 통과하는 관통홀 방식

관통홀 부품은 리드라고 부르는 금속 다리를 PCB의 도금된 구멍에 삽입한 뒤 반대편에서 납땜합니다. 영어로는 Through-Hole Technology, 줄여서 THT라고 부릅니다. 기판을 관통한 다리가 납과 함께 고정되므로 손으로 잡아당기거나 흔들었을 때 비교적 튼튼하다는 장점이 있습니다.

핀헤더, 단자대, 대형 전해 커패시터, 릴레이, 스위치처럼 사용 중 힘을 받거나 크고 무거운 전자부품에서 자주 볼 수 있습니다. 브레드보드에서 시험한 회로를 처음 납땜하는 사람에게도 익숙합니다. 부품 몸체가 크고 패드 간격이 넓어 일반 인두기로 작업하기 쉽고, 잘못 꽂았을 때 위치와 극성을 눈으로 확인하기도 편합니다.

다만 부품 다리가 지나갈 드릴 홀과 주변의 환형 패드가 필요하므로 배선 공간을 많이 차지합니다. 구멍은 기판의 앞면과 뒷면을 동시에 점유하고, 촘촘한 신호 배선이 그 주변을 피해 가야 합니다. PCB의 기본 개념과 적층 구조가 낯설다면 PCB 용어 설명을 함께 확인하면 패드와 배선의 관계를 이해하기 쉽습니다.

• 장점: 손 납땜이 쉽고 기계적 고정력이 좋으며 시제품 수정과 측정이 편합니다.
• 단점: 부품과 패드가 커서 소형화에 불리하고, 드릴 가공 수가 늘어날 수 있습니다.
• 잘 맞는 부품: 커넥터, 버튼, 퓨즈 홀더, 변압기, 대형 코일과 무거운 커패시터입니다.
• 초보자 주의점: 리드 직경보다 완성 홀을 지나치게 크게 잡으면 부품이 흔들리고 납땜도 불안정해집니다.

패드 위에 얹는 표면실장 방식

표면실장 부품은 PCB 표면의 구리 패드 위에 부품 단자를 올려 납땜하며 SMT 또는 SMD라는 표현으로 접하게 됩니다. 엄밀히 말하면 SMT는 실장 기술, SMD는 그 방식에 사용하는 부품을 가리킵니다. 구멍 없이 작은 패드만 사용하므로 같은 면적에 더 많은 기능을 넣고 배선을 짧게 설계할 수 있습니다.

1. 솔더 페이스트를 스텐실로 패드에 인쇄합니다.
2. 핀셋이나 장착 장비로 부품을 정확한 위치에 놓습니다.
3. 리플로우 가열로 페이스트를 녹여 단자와 패드를 접합합니다.
4. 브리지, 미납, 부품 방향 오류가 없는지 확대해 검사합니다.

입문 팁: 처음부터 0402 저항이나 핀이 숨겨진 QFN 패키지에 도전하기보다 0805 수동부품과 핀 간격이 넓은 SOIC부터 시작하면 조립 성공률이 높아집니다.

손 납땜과 양산 조립은 서로 다른 기준으로 판단해야 합니다

한두 장을 직접 만들 때의 현실적인 차이

책상에서 PCB 한두 장을 직접 조립한다면 관통홀 방식의 편안함이 분명합니다. 부품을 구멍에 끼우면 쉽게 움직이지 않고, 기판을 뒤집어 납땜할 수 있습니다. 반면 표면실장 부품은 한쪽 패드를 먼저 예비 납땜한 다음 핀셋으로 위치를 잡거나, 플럭스와 열풍기를 활용하는 연습이 필요합니다.

그렇다고 표면실장이 초보자에게 금지된 방식은 아닙니다. 1206과 0805 크기의 저항·커패시터, SOT-23 트랜지스터, SOIC 집적회로 정도는 온도 조절 인두기와 가는 팁, 플럭스, 핀셋만 갖춰도 충분히 작업할 수 있습니다. 부품의 모양과 역할을 먼저 구분하고 싶다면 전자 부품의 모양과 쓰임새도 기초 자료로 활용할 수 있습니다.

도구 비용은 브랜드와 성능에 따라 크게 달라지므로 특정 금액만 보고 선택하기 어렵습니다. 기본 인두기만으로 시작할 수 있는 관통홀과 달리 표면실장은 확대경, 정밀 핀셋, 플럭스, 솔더 페이스트, 열풍기 또는 소형 가열판이 추가될 수 있습니다. 하지만 반복 제작에서는 작업 시간이 줄어들 수 있어 도구 가격보다 총 조립 시간과 실패 비용을 함께 계산해야 합니다.

수십 장 이상 만들 때 달라지는 제조비

수량이 늘어나면 표면실장의 강점이 커집니다. 자동 장착 장비는 테이프와 릴로 공급되는 부품을 빠르게 배치할 수 있고, 리플로우 공정으로 여러 접점을 한 번에 납땜합니다. 관통홀 부품은 자동 삽입 설비가 없는 제조 환경에서 사람이 직접 끼우고 후납땜해야 할 수 있어 부품 단가가 낮아도 조립비가 높아질 수 있습니다.

• PCB 제작비: 관통홀 수, 드릴 직경 종류, 슬롯 가공 여부가 견적에 영향을 줄 수 있습니다.
• 조립 준비비: 표면실장은 스텐실과 장비 설정 비용이 생기지만 수량이 늘수록 장당 부담이 낮아집니다.
• 부품 공급비: 릴 포장, 컷 테이프, 트레이 등 공급 형태와 최소 주문 수량을 확인해야 합니다.
• 검사·재작업비: 미세 피치 부품은 자동 광학 검사나 X-ray 검사가 필요할 수 있습니다.
• 혼합 공정비: SMT 작업 후 관통홀 부품을 별도로 삽입하면 공정이 한 번 더 추가됩니다.

PCB 설계에서는 부품 크기보다 풋프린트를 먼저 확인합니다

데이터시트의 숫자를 PCB 규격으로 옮기는 순서

회로도 기호가 맞더라도 풋프린트가 틀리면 실제 부품을 장착할 수 없습니다. 같은 기능의 부품도 제조사와 패키지에 따라 핀 간격, 몸체 폭, 극성 표시, 권장 패드 크기가 다릅니다. 특히 커넥터는 핀 수만 같다고 호환되는 것이 아니며 행 간격과 키 방향, 보드 잠금용 탭의 위치까지 확인해야 합니다.

관통홀 풋프린트에서는 리드의 최대 직경과 완성 홀 크기를 구분해야 합니다. 제조사가 제시한 드릴 크기는 도금 전 공구 직경일 수 있고, 실제 완성 홀은 도금 두께만큼 작아질 수 있습니다. 부품 다리의 공차와 삽입 여유를 반영하되 너무 큰 구멍을 만들지 않는 것이 핵심입니다.

표면실장 풋프린트는 데이터시트의 권장 랜드 패턴을 우선 사용합니다. 손 납땜할 시제품이라면 패드를 약간 길게 만들어 인두 팁이 닿을 공간을 확보할 수 있지만, 임의로 지나치게 키우면 리플로우 중 부품이 한쪽으로 서는 툼스톤이나 위치 이동이 발생할 수 있습니다. 전자 부품의 기본 정의처럼 기초 개념을 익힌 뒤에는 반드시 해당 제조사의 최신 데이터시트를 최종 기준으로 삼아야 합니다.

1. 부품 주문 코드와 데이터시트의 패키지 명칭이 같은지 확인합니다.
2. 핀 번호, 극성, 1번 핀 표시를 회로도와 대조합니다.
3. 몸체 치수뿐 아니라 리드와 패드의 최소·최대 공차를 읽습니다.
4. 3D 보기로 주변 부품, 케이스, 나사와 충돌하지 않는지 살핍니다.
5. 실제 크기로 종이에 출력해 보유한 부품을 올려보는 1:1 검증을 합니다.

배치와 배선에서 초보자가 놓치는 공간

관통홀 부품의 다리와 패드는 모든 구리층을 통과하므로 내부층이 있는 PCB에서도 주변 여유를 고려해야 합니다. 표면실장 패드는 한쪽 면에 머물지만 부품 아래로 무작정 배선을 통과시키면 노이즈, 방열, 조립 검사 문제가 생길 수 있습니다. 즉, 표면실장이라고 해서 남는 공간을 전부 배선에 써도 되는 것은 아닙니다.

전원 커넥터나 큰 스위치처럼 반복적으로 힘을 받는 부품은 패드 면적만으로 버티게 하지 마세요. 관통홀 고정 핀, 보드락, 나사 체결, 케이스 지지대 등을 활용해 힘이 납땜 접합부에 집중되지 않도록 설계해야 합니다. 반대로 고속 신호와 디커플링 커패시터는 연결 경로가 짧은 표면실장 방식이 대체로 유리합니다.

• 보드 가장자리 커넥터에는 케이블을 꽂고 빼는 방향의 힘을 고려합니다.
• 극성 부품은 실크 문자뿐 아니라 패드 모양으로도 방향을 구별합니다.
• 손 납땜 영역에는 인두 팁이 접근할 수 있는 간격을 확보합니다.
• 높은 부품은 케이스 천장과 공구 접근 공간까지 확인합니다.
• 발열 부품은 구리 면적, 열 비아, 주변 온도와 부품 정격을 함께 검토합니다.

풋프린트 라이브러리 이름을 믿고 바로 제작하지 마세요. 데이터시트, 풋프린트 치수, 실물 부품을 한 번씩 맞춰 보는 짧은 확인이 기판 전체를 다시 만드는 일을 막아줍니다.

관통홀과 표면실장을 한 PCB에 함께 써도 될까요?

혼합 실장은 예외가 아니라 매우 실용적인 선택입니다

초보자가 가장 자주 묻는 질문은 두 방식을 섞어도 되는지입니다. 답은 가능하며, 제품의 목적에 맞는다면 오히려 권장할 만하다입니다. 저항, 소형 커패시터, 마이크로컨트롤러는 표면실장으로 배치해 기판을 줄이고, 단자대와 버튼, 전원 커넥터는 관통홀로 배치해 조립성과 내구성을 확보할 수 있습니다.

예를 들어 센서 제어 보드를 만든다고 가정해 보겠습니다. 센서 신호를 처리하는 집적회로와 디커플링 커패시터는 짧은 배선이 중요하므로 표면실장으로 구성하고, 현장에서 반복적으로 연결하는 케이블 단자대는 관통홀 부품을 사용합니다. 프로그래밍 핀은 개발 중에는 관통홀 헤더를 꽂기 쉽게 설계하되 양산품에서는 포고핀 테스트 패드로 바꾸는 선택도 가능합니다.

다만 혼합 실장은 조립 순서가 중요합니다. 일반적으로 낮은 표면실장 부품을 먼저 배치하고 리플로우한 뒤 관통홀 부품을 삽입해 수작업이나 선택 납땜으로 처리합니다. 관통홀 부품을 먼저 달면 돌출된 리드와 높은 몸체가 스텐실 인쇄, 부품 장착, 리플로우 운반을 방해할 수 있습니다.

1. 회로 검증: 브레드보드나 개발 보드로 기능을 먼저 확인합니다.
2. 부품 분류: 작고 가벼운 신호 부품은 SMT 후보로, 힘을 받는 외부 연결 부품은 THT 후보로 나눕니다.
3. 조립 방법 결정: 직접 납땜할지 PCB 조립 업체에 맡길지 정하고 사용 가능한 최소 패키지를 확인합니다.
4. 공정 순서 표시: 조립 도면과 부품 목록에 표면실장, 관통홀, 후장착 부품을 구분합니다.
5. 첫 보드 검사: 전원을 넣기 전에 극성, 납땜 브리지, 전원과 접지 사이의 단락 여부를 측정합니다.

그렇다면 첫 PCB에는 어느 비율이 적당할까요?

모든 초보자에게 통하는 고정 비율은 없습니다. 직접 한 장을 납땜하고 크기 제한이 없다면 0805 이상의 표면실장 수동부품과 관통홀 커넥터를 섞는 구성이 다루기 쉽습니다. 집적회로는 SOIC처럼 다리가 바깥으로 보여 검사와 수정이 쉬운 패키지를 선택하고, 전해 커패시터와 스위치는 보유 공구와 부품 수급 상황에 따라 정하면 됩니다.

반대로 조립 업체에 여러 장을 맡기고 작은 제품을 만들 계획이라면 가능한 부품을 표면실장으로 통일하되, 외부 힘을 받는 커넥터만 관통홀 또는 보강형 SMT로 남기는 편이 효율적입니다. 이때 부품 가격만 비교하지 말고 기본 작업비, 스텐실 비용, 관통홀 수작업비, 최소 주문 수량, 불량 재작업 조건을 같은 견적표에서 확인하세요.

선택이 계속 어렵다면 부품마다 한 문장으로 이유를 적어보면 됩니다. “이 커넥터는 케이블 탈착 힘을 받아 관통홀”, “이 커패시터는 전원 핀 바로 옆에 놓아야 하므로 표면실장”처럼 설명할 수 있으면 설계 의도가 명확한 것입니다. 설명하기 어려운 부품은 유행이나 습관으로 고른 것일 수 있으므로 데이터시트와 실제 조립 방법을 다시 확인하는 것이 좋습니다.

• 인두기만 있고 납땜이 처음이라면 큰 SMT 패키지와 관통홀 부품을 섞습니다.
• 작은 케이스가 목표라면 높이와 면적을 줄일 수 있는 SMT 비중을 높입니다.
• 케이블, 버튼, 단자처럼 손이 닿는 부품은 기계적 보강을 우선합니다.
• 고속 신호와 전원 바이패스 부품은 배선 길이를 줄이는 방향으로 선택합니다.
• 조립 업체를 이용한다면 설계 전에 최소 부품 크기와 혼합 실장 비용을 문의합니다.