Технология сквозного отверстия — это базовый способ монтажа деталей на печатную плату, пропуская их провода через просверленные отверстия и припаивая их к площадкам. В этой статье объясняются пластинированные и непокрытые отверстия, детали колодной трубы, размер и посадка отверствий, расстояния, тепловой поток, методы сборки, компоненты, сравнение SMT, точки надёжности и дефекты с исправлениями — всё это на чётких и подробных этапах ниже.
Основы сквозного отверстия при проектировании печатных плат
Сквозное отверстие — это метод крепления деталей на печатную плату (PCB) путём пропуска их металлических проводов через просверленные отверстия в плате. Провода припаяны к медным колодкам, что обеспечивает как прочное механическое зацепление, так и чистое электрическое соединение. Поскольку гильд проходит через всю толщину платы, паяльное соединение удерживается внутри платы, а не только на поверхности. Когда стенки отверстия покрыты медью, отверстие также может соединять медные слои внутри платы.
Распространённые термины:
• THT (технология сквозного отверстия) — использование просверленных отверстий в плате для крепления и соединения деталей.
• THM (монтаж через отверстие) — другое название того же метода крепления.
Покрытые и непокрытые сквозные отверстия
| Тип отверстия | Полное имя | Медное покрытие в бочке | Основная функция |
|---|---|---|---|
| PTH | Сквозное отверстие | Да | Обеспечивает электрическое подключение и поддерживает компоненты |
| NPTH | Сквозное отверстие без пластин | Нет | Обеспечивает механическое крепление или зазор, без проводности |
Части сквозной накладки
• Буровое отверстие — отверстие в печатной плате, сделанное сверлом или фрезером, через которое проходит свинец.
• Ствол — медь на стенке отверстия в покрытых отверстиях, позволяющая току течь между слоями.
• Внешние площадки (сверху и снизу) — медные участки на внешних поверхностях платы, где припой соединяется с выводом.
• Внутренние прокладки — медные участки на внутренних слоях, которые соединяются с тем же электрическим путём, что и отверстие.
• Кольцевое кольцо — медное кольцо вокруг отверстия для бура, которое поддерживает контакт площадки и помогает предотвратить её отрыв.
Размер сквозного отверстия и посадка свинца
Размер сквозного отверстия и посадка свинца
Размер отверстия в сквозной площадке должен совпадать с металлическим грифлом, но он не должен быть одинаковым. Отверстие также должно обеспечивать место для медного покрытия и обычных вариаций сверления. Над диаметром свинца добавляется небольшой дополнительный зазор, чтобы грифель мог плавно вставляться, а припой мог течь вокруг него. Это помогает соединению оставаться прочным и легче в сборке.
Если отверстие слишком узкое
Когда отверстие слишком тесное, грифель трудно протолкнуть. Он может соскребать медь, согнуть колодку или создать высокую нагрузку на ствол. Со временем это напряжение может привести к трещинам в меди или поднятию контактов с платы, что может повредить соединение.
Если отверстие слишком свободное
Когда отверстие слишком свободное, зазор между свинцом и стволом становится большим. Пайка может не заполнить это пространство, поэтому филе может быть тонким или слабым. Свинец может наклоняться в одну сторону, что мешает тестированию и делает доску неровной. В данном случае большая часть прочности зависит только от припоя, а не от плотной посадки между свинцом и отверстием.
Планирование накладных стеков для сквозных отверстий
Внешние площадки
Внешние площадки — это медные участки сверху и снизу доски вокруг отверстия. Они дают место для припоя к свинцу, что облегчает обзор и проверку соединения.
Соединения внутреннего уровня
Внутрислойные площадки определяют, какие медные слои платы соединяются с покрытым стволом. Они направляют, как энергия и сигналы проходят через поле, и помогают поддерживать путь свободным и контролируемым.
Анти-пады
Антиплощадки — это точные отверстия без меди вокруг ствола, в медных плоскостях на другой сетке. Они предотвращают короткое замыкание ствола к ближайшей медной трубе и помогают контролировать поведение сигнала и нежелательный шум.
Правила слоёв
Правила слоя устанавливают размеры площадок, зазоры и термические рельефные узоры на каждом слое. Эти правила поддерживают равномерное расстояние и помогают нагреву и охлаждению колодок контролируемо при пайке.
Согласованность библиотеки
Согласованность библиотеки означает использование стандартных падстеков для общих размеров лидов и поддержание чёткости и организации имён. Это облегчает сопоставление отпечатков, падстеков и схем бурения без ошибок.
Расстояние и расположение площадок через отверстие
Расстояние между лунками и площадками между площадками
• Оставляйте достаточно места, чтобы пайка не касалась и не образовывало мостиков между колодками.
• Распространённой отправной точкой является расстояние между краями и краями около 1,27 мм, но точное значение зависит от ограничений производителя печатных плат.
Расстояние до краёв доски
• Держите сквозные прокладки и отверстия подальше от внешнего края доски и от отломных язв.
• Дополнительное расстояние снижает вероятность трещин или отломания площадок при отрезании доски от панели.
Близлежащие сигналы
• Избегайте размещения многих сквозных площадок слишком близко к быстрым цифровым или чувствительным аналоговым дорожкам.
• Токи в стволах и медных плоскостях могут подключаться к близлежащим сигнальным линиям и влиять на качество сигнала.
Тепловой отброс и тепловой поток вокруг сквозных площадок
Тепловой поток и труднопаяемые площадки
Когда контактная площадка подключается непосредственно к большой медной площади, медь забирает тепло во время пайки. Площадка может недостаточно нагреваться, а припой может не намочить соединение должным образом.
Использование тепловых рельефов
Тепловые рельфы используют тонкие медные спицы между площадкой и рубанкой. Это поддерживает хороший электрический путь и замедляет потерю тепла, благодаря чему площадка быстрее нагревается, а пайка становится легче.
Балансировка меди вокруг соединения
Одинаковые медные участки с обеих сторон свинца помогают обе стороны нагреваться с одинаковой скоростью. Это обеспечивает более плавный поток пайки и более ровное соединение.
Планирование деталей, несущих силу
Для площадок, которые проводят больше тока, сочетайте тепловые рельефы с медными наливами и тепловыми переходами. Это распределяет тепло, сохраняя при этом паяемую и стабильную площадку.
Методы сборки сквозных компонентов
Ручная пайка
• Используется для прототипов, небольших партий и ремонтных работ.
• Позволяет тщательно контролировать каждое соединение, но медленнее машинных методов.
Волновая пайка
• Плата движется по текущей «волне» расплавленного припоя на нижней стороне.
• Паять несколько соединений одновременно, и это хорошо работает, когда большинство деталей сквозные отверстия.
Селективная пайка
• Используется небольшое сопло для паяния только на выбранные площадки и штифты.
• Устанавливается на смешанные платы, где одна сторона содержит детали SMT, а другая — сквозные отверстия, что снижает маскировку и ограничивает тепло на близлежащих деталях.
Распространённые типы сквозных компонентов
Разъёмы
Сквозные разъёмы используются там, где штекеры, провода или кабели требуют прочного закрепления. Их выводы проходят через плату и помогают распределять силы притяжения и толкания между пайками, платой и корпусом, сохраняя стабильность соединения со временем.
Силовые части
Силовые компоненты часто имеют большую массу и выделяют больше тепла, чем мелкие сигнальные части. Крепление через отверстие обеспечивает прочную механическую поддержку по всей плате, а дополнительное оборудование, такое как винты или зажимы, могут использоваться с проводами для фиксации этих деталей.
Радиальные электролитические конденсаторы
Радиальные электролитические конденсаторы обеспечивают высокую ёмкость на относительно небольшой площади, с двумя проводами, проходящими через плату. Провода с сквозным отверстием помогают поддерживать устойчивость корпуса во время работы и пайки, что обеспечивает долгосрочную надёжность в путях питания и фильтрации.
Осевые резисторы и диоды
Осевые резисторы и диоды используют провода на обоих концах, что позволяет им охватывать большее расстояние на плате. Крепление через отверстие хорошо подходит для макетов, требующих большого расстояния между проводами или более высокого напряжения, а также подходит для многих ремонтных или старых моделей плат.
Сквозное отверстие по сравнению с поверхностными деталями
| Фактор дизайна | Сквозное отверстие | SMT (Технология поверхностного крепления) |
|---|---|---|
| Механическая нагрузка | Сильная поддержка через совет | Меньшая грузоподъемность без дополнительных точек поддержки |
| Плотность ПХБ | Меньшая плотность деталей | Большая плотность деталей с одной или обеих сторон |
| Ручная переработка | Подходит для ручной пайки и замены деталей | Сложнее с очень маленькими или тонким тональными деталями |
| Сборка с большим объёмом | Оборудование для более медленного ввода | Быстрые процессы сборки и переливания |
| Тонкие/компактные платы | Менее подходят для хрупких, компактных товаров | Идеально подходит для узких и очень компактных макетов |
Коэффициенты надёжности для припойных соединений с сквозным отверстием
Качество филе пайки
Хорошее соединение имеет припой, который плавно обвивает гид и колодку без щелей и трещин. Твёрдая, ровная поверхность помогает суставу переносить ток и выдерживать нагрузку.
Обшивка ствола
Медь в стволе должна быть достаточно толстой и прочно связана с колодками. Трещины или разделение в этой меди могут прервать электрический путь, даже если внешний вид выглядит нормально.
Тепловой профиль
Время и температуру пайки должны быть настроены так, чтобы соединение нагревалось достаточно для хорошего смачивания без перегрева или стволов. Недостаток тепла приводит к ослаблению суставов; Слишком много может поднять колодки или повредить плату.
Механическая поддержка
Тяжёлые или высокие детали не должны полагаться только на выводы и пайки для опоры. Дополнительная поддержка, ограничивающая движение, снижает нагрузку на суставы и помогает им служить дольше.
Распространённые дефекты сквозного отверстия и исправления
| Симптом | Вероятная причина | Исправления |
|---|---|---|
| Плохое смачивание / тусклое соединение | Площадка была недостаточно горячей; Поток слабый или старый | Добавьте термический рельеф там, где нужно, регулируйте тепловой профиль и используйте свежий поток |
| Штифт не центрирован/наклонён | Отверстие слишком большое; Положение свободной детали | Используйте меньший размер отверстия и улучшите способ фиксации деталей при пайке |
| Паяные мосты | Площадки слишком близко; слишком много пайки | Увеличьте расстояние между площадками, отрегулируйте волновые или селективные настройки, а также уточните расположение паяной маски |
| Поднятая колодка | Слишком много напряжённости или повторяющиеся переработки | Уменьшите тепло и время пайки, ограничите переработку и улучшите снятие напряжения |
Заключение
Детали сквозных сквозных скважин в этой статье охватывают не только базовое бурение. Они связывают тип отверстия, форму стопки, расстояние и баланс меди с тем, насколько хорошо соединения паяются и сохраняются со временем. Методы сборки и стандартные детали показывают, что сквозное отверстие всё ещё подходит рядом с SMT на современных платах. Проверки надёжности и устранение дефектов связывают всё воедино, чтобы одни и те же правила могли направлять стабильные соединения — от разметки до производства и долгосрочного использования в поле.
Часто задаваемые вопросы
Каков стандартный минимальный размер сквозного отверстия в платах?
Стандартный минимальный размер сверла составляет около 0,20–0,30 мм. Меньшие отверстия возможны, но требуют специальной обработки.
Насколько толщина медная пластина в сквозном отверстии?
Медь ствола имеет толщину в несколько десятков микрометров, что достаточно, чтобы проводить ток и выдерживать термические циклы.
Как безсвинцовый припой влияет на пайку через отверстие?
Безсвинцовый припой плавится при более высокой температуре, поэтому колодки и стволы испытывают более высокие температуры и требуют тщательно контролируемого профиля.
Как проверяются качество припойных соединений через сквозное отверстие?
Они проверяются с помощью визуального или автоматического оптического осмотра на форму филе, смачивание и положение штифтов, а иногда и с помощью разрезания пробных плит для проверки поперечного сечения.
Что делает конформное покрытие вокруг сквозных отверстий?
Он образует тонкий защитный слой вокруг выводов и колодок, защищая от влаги и грязи, оставляя замаскированные участки открытыми для последующего контакта или пайки.
Как вибрация влияет на детали сквозного отверстия?
Вибрация заставляет выводы и пайки двигаться вместе с платой, что может утомлять соединения, если движение большое или постоянное. Дополнительная поддержка и более жёсткие доски помогают снизить нагрузку.
