Tehnologija kroz rupe je osnovni metod za montažu delova na štampanoj ploči prolaskom svoje vodove kroz izbušene rupe i lemljenje ih na jastučiće. Ovaj članak objašnjava pozlaćene i ne-pozlaćene rupe, padstack delove, veličinu rupa i uklapanje, razmak, protok toplote, metode montaže, komponente, SMD poređenje, tačke pouzdanosti, i defekte sa ispravkama, sve u jasnim, detaljnim koracima ispod.
Osnove kroz rupu u dizajnu PCB-a
Kroz rupa je metod montaže delova na štampanoj ploči (PCB) prolaskom svoje metalne vodi kroz izbušene rupe u odboru. Vodovi su zalemljeni na bakarne jastučiće, što stvara i snažno mehaničko držanje i jasnu električnu vezu. Jer olovo prolazi kroz punu debljinu PCB, lemljenje spoj se održava unutar ploče, ne samo na površini. Kada su zidovi rupa obloženi bakrom, rupa takođe može povezati slojeve bakra unutar ploče.
Uobičajeni termini:
• THT (Through-Hole Technology) - korišćenje izbušenih rupa u PCB-u za montažu i spajanje delova.
• THM (Through-Hole Mounting) - drugo ime za isti način montaže.
Pozlaćeni vs Non-Plated kroz rupe
| Tip rupe | Ime i prezime | Bakar oplata u barelu | Glavna funkcija |
|---|---|---|---|
| PTH | Plated kroz rupu | Da | Obezbeđuje električnu vezu i podržava komponente |
| NPTH | Non-Plated Through Hole | Ne | Obezbeđuje mehaničku montažu ili zazor, bez provodljivosti |
KSNUMKS. Delovi padstack-a kroz rupe
• Bušotina - otvor u PCB-u napravljen bušilicom ili ruterom, gde prolazi olovo.
• Barrel - bakar na zidu rupe u obloženim rupama, koji omogućava protok struje između slojeva.
• Spoljni jastučići (gornji i donji) - bakarne površine na spoljnim površinama PCB-a gde se lemljenje vezuje za olovo.
• Unutrašnji sloj jastučići - bakarne površine na unutrašnjim slojevima koji se povezuju na istu električnu stazu kao i rupa.
• Prstenasti prsten - prsten od bakra oko rupe za bušenje koji drži jastučić povezan i pomaže u sprečavanju da se odvoji.
Veličina kroz rupu i olovo Fit
Veličina kroz rupu i olovo Fit
Veličina rupe u podlozi kroz rupu treba da odgovara metalnom olovu, ali to ne bi trebalo da bude isto. Rupa mora takođe omogućiti prostor za bakarne oplate i normalne varijacije bušenja. Mali dodatni razmak se dodaje iznad prečnika olova, tako da olovo može glatko kliziti, a lemljenje može da teče oko njega. Ovo pomaže da spoj ostane čvrst i lakši za montažu.
Ako je rupa previše čvrsta
Kada je rupa suviše čvrsta, olovo je teško progurati. Može strugati bakar, saviti jastučić ili staviti visok stres na cev. Vremenom, ovaj stres može izazvati pukotine u bakru ili da jastučići podignu sa ploče, što može oštetiti vezu.
Ako je rupa previše labava
Kada je rupa previše labava, jaz između olova i cevi postaje veliki. Lemljenje možda neće popuniti ovaj prostor, tako da file može biti tanak ili slab. Vođstvo može da se nagne na jednu stranu, utiče na testiranje i čineći odbor izgleda neujednačeno. U ovom slučaju, većina snage dolazi samo od lemljenja, a ne od čvrstog uklapanja između olova i rupe.
KSNUMKS. Planiranje padstack-a za jastučiće kroz rupe
Spoljni jastučići
Spoljni jastučići su bakarne površine na vrhu i dnu ploče oko rupe. Oni obezbeđuju prostor za lemljenje da se poveže sa olovom, čineći spoj lako videti i proveriti.
Veze unutrašnjeg sloja
Unutrašnji sloj jastučići određuju koji slojevi bakra na ploči povezati sa pozlaćenom cevi. Oni vode kako snaga i signali putuju kroz ploču i pomažu da put bude jasan i kontrolisan.
Anti-jastučići
Anti-jastučići su precizni otvori bez bakra oko cevi, u bakarnim ravnim slojevima na drugoj mreži. Oni čuvaju cev od kratkog spoja na obližnji bakar i pomažu u kontroli ponašanja signala i neželjene buke.
Pravila sloja
Pravila sloja postavljaju veličine jastučića, zazore i obrasce termičkog reljefa na svakom sloju. Ova pravila održavaju konzistentan razmak i pomažu jastučićima da se zagreju i ohlade na kontrolisan način tokom lemljenja.
Konzistentnost biblioteke
Konzistentnost biblioteke znači korišćenje standardnih padstackova za uobičajene veličine olova i održavanje imena jasnim i organizovanim. To olakšava podudaranje otisaka, padstackova i grafikona bušenja bez zabune.
Razmak i postavljanje jastučića kroz rupu
Razmak između rupa i jastučića do jastučića
• Ostavite dovoljno prostora da se fileti lemljenja ne dodiruju i ne formiraju mostove između jastučića.
• Uobičajena polazna tačka je razmak od ivice do ivice oko 1,27 mm, ali tačna vrednost zavisi od ograničenja proizvođača PCB-a.
Udaljenost od ivica ploče
• Držite jastučiće i rupe kroz rupe dalje od spoljne ivice ploče i od jezičaka za odvajanje.
• Dodatna udaljenost smanjuje šansu da će jastučići puknuti ili se slomiti kada se ploča odseče od panela.
Signali u blizini
• Izbegavajte postavljanje mnogih jastučića kroz rupe preblizu brzim digitalnim tragovima ili osetljivim analognim tragovima.
• Struje u bačvama i bakarnim avionima mogu se spojiti u obližnje signalne linije i uticati na kvalitet signala.
Toplotni reljef i protok toplote oko jastučića kroz rupe
Protok toplote i teško lemljenje jastučići
Kada je jastučić vezan direktno za veliku površinu bakra, bakar povlači toplotu tokom lemljenja. Podloga se možda neće dovoljno zagrejati, a lemljenje možda neće pravilno navlažiti spoj.
Korišćenje termičkih reljefa
Termalni reljefi koriste tanke bakarne krakove između jastučića i aviona. Ovo održava dobar električni put dok usporava gubitak toplote, tako da se jastučić brže zagreva i lemljenje je lakše.
Balansiranje bakra oko zgloba
Vođenje sličnih bakarnih područja na obe strane olova pomaže obe strane toplote na sličnoj stopi. Ovo podržava glatkiji protok lemljenja i ravnomerniji spoj.
Planiranje za delove koji nose snagu
Za jastučiće koji nose više struje, kombinuju termičke reljefe sa bakarnim sipa i termalnim prolazima. Ovo širi toplotu zadržavajući jastučić lemljiv i stabilan.
Metode montaže za komponente kroz rupe
Ručno lemljenje
• Koristi se za prototipove, male serije i popravke.
• Omogućava pažljivu kontrolu svakog zgloba, ali je sporiji od mašinskih metoda.
Talasno lemljenje
• PCB se kreće preko tekućeg "talasa" rastopljenog lemljenja na donjoj strani.
• Lemite više spojeva u isto vreme i dobro funkcioniše kada je većina delova kroz rupu.
Selektivno lemljenje
• Koristi malu mlaznicu za lemljenje za nanošenje lemljenja samo na odabrane jastučiće i igle.
• Odgovara mešovitim pločama gde jedna strana ima SMT delove, a druga strana ima delove kroz rupe, smanjujući maskiranje i ograničavajući toplotu na obližnjim delovima.
Uobičajeni tipovi komponenti kroz rupu
konektori
Konektori kroz rupe se koriste tamo gde utikači, žice ili kablovi trebaju čvrsto sidro. Njihovi vodi prolaze kroz ploču i pomažu u distribuciji sile povlačenja i guranja između lemljenih spojeva, PCB-a i kućišta, držeći vezu stabilnom tokom vremena.
Delovi snage
Delovi snage često imaju veću masu i generišu više toplote od malih delova signala. Montaža kroz rupu pruža jaku mehaničku podršku preko ploče, a dodatni hardver, kao što su vijci ili klipovi, mogu se koristiti sa vodovima kako bi se ovi delovi zadržali na mestu.
Radijalni elektrolitički kondenzatori
Radijalni elektrolitički kondenzatori obezbeđuju visok kapacitet u relativno malom otisku, sa dva vodiča koji prolaze kroz ploču. Vodovi kroz otvore pomažu da telo bude stabilno tokom rada i lemljenja, čime se podržava dugoročna pouzdanost u putevima napajanja i filtriranja.
Aksijalni otpornici i diode
Aksijalni otpornici i diode koriste vodove na oba kraja, omogućavajući im da obuhvate širu udaljenost na ploči. Montaža kroz rupu dobro funkcioniše za rasporede kojima je potreban duži razmak između olova ili višeg napona, a takođe se uklapa u mnoge popravke ili starije stilove odbora.
Kroz rupu u poređenju sa površinskim delovima
| Faktor dizajna | Kroz rupu | SMT (Surface-Mount tehnologija) |
|---|---|---|
| Mehaničko opterećenje | Snažna podrška kroz odbor | Niža nosivost bez dodatnih poena |
| Gustina PCB-a | Donja gustina delova | Veća gustina delova na jednoj ili obe strane |
| Ručna prerada | Pogodan za ručno lemljenje i zamenu delova | Teže sa veoma malim ili finim delovima |
| Montaža velikog obima | Sporija oprema za umetanje | Brzi procesi pick-and-place i reflow |
| Tanke / kompaktne ploče | Manje pogodan za krhke, kompaktne proizvode | Pogodan za tanke i visoko kompaktne rasporede |
Faktori pouzdanosti za spojeve za lemljenje kroz rupu
Kvalitet lemljenja fileta
Dobar spoj ima lemljenje koje glatko obavija oko olova i jastučića bez praznina ili pukotina. Čvrsta, ravnomerna površina pomaže zglobu da nosi struju i rukovanje stresom.
Oplata bačve
Bakar u cevi mora biti dovoljno debeo i čvrsto vezan za jastučiće. Pukotine ili razdvajanje u ovom bakru može slomiti električni put čak i ako spolja izgleda normalno.
Termalni profil
Vreme i temperatura lemljenja moraju biti podešeni tako da se spoj zagreva dovoljno za dobro vlaženje bez pregrevanja jastučića ili bačvi. Premalo toplote rezultira slabim zglobovima; previše može podići jastučiće ili oštetiti ploču.
Mehanička podrška
Teški ili visoki delovi ne bi trebalo da se oslanjaju samo na svoje vodove i lemne spojeve za podršku. Dodatna podrška koja ograničava kretanje smanjuje stres na zglobovima i pomaže im da traju duže.
Uobičajeni nedostaci i ispravke kroz rupe
| Simptom | Verovatni uzrok | Ispravke |
|---|---|---|
| Loše vlaženje / dosadan zglob | Podloga nije dovoljno vruća; fluks slab ili star | Dodajte termičko olakšanje gde je to potrebno, podesite toplotni profil i koristite svež fluks |
| Pin nije centriran / nagnut | Rupa prevelika; Pozicioniranje labavih delova | Koristite manju veličinu rupe i poboljšajte način na koji se delovi drže tokom lemljenja |
| Mostovi za lemljenje | Jastučići suviše blizu; previše lemljenja | Povećajte razmak između jastučića, podesite talasne ili selektivne postavke i poboljšajte raspored maske za lemljenje |
| Podignuta podloga | Previše toplote ili ponovljena prerada | Smanjite toplotu i vreme lemljenja, ograničite preradu i dodajte bolje rasterećenje naprezanja |
Zaključak
Detalji kroz rupe u ovom članku pokrivaju više od osnovnog bušenja. Oni povezuju tip rupa, oblik padstack-a, razmak i bakar balans koliko dobro spojevi leme i drže se tokom vremena. Metode montaže i standardni delovi pokazuju da se kroz rupu i dalje uklapa pored SMT-a na modernim pločama. Provere pouzdanosti i ispravke defekata povezuju sve zajedno, tako da ista pravila mogu voditi stabilne spojeve od rasporeda kroz proizvodnju i dugoročnu upotrebu na terenu.
Često postavljana pitanja
Šta je standardna minimalna veličina kroz rupu u PCB?
Standardna minimalna veličina bušilice je oko 0,20–0,30 mm. Moguće su manje rupe, ali im je potrebna posebna obrada.
Koliko je debljina bakra oplata u pozlaćenom kroz rupu?
Bakar je debljine nekoliko desetina mikrometara, dovoljno da nosi struju i izdrži termički ciklus.
Kako bezolovni lemljenje utiče na lemljenje kroz rupe?
Bezolovni lem se topi na višoj temperaturi, tako da jastučići i burad doživljavaju više temperature i zahtevaju pažljivo kontrolisan profil.
Kako se proverava kvalitet lemljenja spojeva kroz rupe?
Oni se proveravaju vizuelnom ili automatizovanom optičkom inspekcijom za oblik fileta, vlaženje i položaj igle, a ponekad i rezanjem uzoraka ploča za proveru poprečnog preseka.
Šta konformni premaz radi oko prolaznih rupa?
Formira tanak zaštitni sloj oko vodova i jastučića kako bi se zaštitio od vlage i prljavštine, ostavljajući maskirana područja otvorena za kasniji kontakt ili lemljenje.
Kako vibracije utiču na delove kroz rupe?
Vibracija čini vodi i lemljenje spojeva kreću sa odbora, što može zamor zglobova ako je kretanje je velika ili konstantna. Dodata podrška i čvršće ploče pomažu u smanjenju stresa.
