W montażu przewlekanym (THT) wyprowadzenie wkłada się w metalizowany otwór i lutuje po przeciwnej stronie płytki. Najważniejszą decyzją projektową jest średnica otworu: gotowy otwór musi być większy od największego wymiaru wyprowadzenia o luz, który pozwala włożyć element i dopuszcza przepływ lutu, ale nie jest tak duży, by spoina straciła wypełnienie. Poniżej pokazujemy, jak policzyć otwór z przekątnej wyprowadzenia, jak wygląda przejście przez falę lutowniczą i selektywne lutowanie oraz jak oceniać spoinę na przekroju. Wartości ogólne (luzy, temperatury, kryteria) traktuj jako punkt wyjścia do potwierdzenia z wytwórcą i montażownią.
Gdzie THT jest nadal potrzebny
| Kryterium | THT | SMT |
|---|---|---|
| Mocowanie mechaniczne | Wyprowadzenie zakotwione w otworze; dobre dla złączy, ciężkich elementów i obciążeń przy wpinaniu przewodów | Spoina powierzchniowa; słabsza przy dużych siłach |
| Zajęte miejsce | Większe, otwory przecinają warstwy | Mniejsze, montaż po obu stronach |
| Automatyzacja | Wymaga osadzania elementów i fali lub lutowania selektywnego | Pick-and-place i piec rozpływowy |
| Serwis | Wymiana elementu łatwiejsza ręcznie | Drobne obudowy wymagają sprzętu |
W praktyce większość płytek jest mieszana: elementy SMD montuje się w piecu rozpływowym, a THT (złącza, przekaźniki, transformatory, kondensatory elektrolityczne) na fali lub selektywnie. Szerzej o różnicach piszemy w artykule o montażu SMT i THT.
Otwór = przekątna wyprowadzenia + luz
Dla wyprowadzenia okrągłego liczy się średnicę, dla kwadratowego lub prostokątnego przekątną przekroju (największy wymiar, który musi się zmieścić). Do tego dodaje się luz, a wynik zaokrągla do wymiaru, który wytwórca wykona. Wielkość luzu wynika z procesu i klasy wymagań (częsty zakres to rząd 0,15–0,35 mm ponad największy wymiar wyprowadzenia; wartość przyjmij według zasad wytwórcy i montażowni). Otwór wiercony jest większy od gotowego o naddatek na metalizację (przykład: 0,10 mm; wartość zależy od wytwórcy).
Przykład założeniowy (luzy i zaokrąglenie do 0,05 mm w górę są przyjęte arbitralnie):
| Wyprowadzenie | Największy wymiar | Luz | Otwór gotowy (zaokr. w górę do 0,05 mm) | Otwór wiercony (+0,10 mm) | Średnica pola przy pierścieniu 0,25 mm |
|---|---|---|---|---|---|
| Kwadratowe 0,64 × 0,64 mm | 0,64 · √2 = 0,905 mm | 0,20 mm | 0,905 + 0,20 = 1,105 → 1,15 mm | 1,25 mm | 1,25 + 2 · 0,25 = 1,75 mm |
| Okrągłe ⌀ 0,60 mm | 0,60 mm | 0,30 mm | 0,90 mm | 1,00 mm | 1,50 mm |
| Prostokątne 0,50 × 1,00 mm | √(0,5² + 1,0²) = 1,118 mm | 0,20 mm | 1,118 + 0,20 = 1,318 → 1,35 mm | 1,45 mm | 1,95 mm |
Pierścień 0,25 mm to założenie rachunkowe; wymagany minimalny pierścień zależy od tolerancji wiercenia wytwórcy i klasy płytki (norma IPC-2221 daje ogólne zasady projektowania, a odbiór płytek opisuje IPC-6012; zob. IPC-6012 i IPC-A-600). Za duży luz pogarsza wypełnienie lutem i trwałość spoiny, za mały utrudnia wkładanie i grozi pęknięciem pola przy wciskaniu. Sposoby liczenia średnicy otworu opisuje artykuł o średnicy otworu.
Wkładanie elementów
- Kształt wyprowadzeń (promieniowe, osiowe, złącza z kołkami mocującymi) wyznacza kolejność i sposób osadzania; elementy osiowe przed montażem formuje się (zaginanie) do rozstawu otworów.
- Wyprowadzenia po stronie lutowania wystają na ustaloną długość; wartość zapisuje się w dokumentacji montażu (zakres ustala norma odbioru i procedura, zwykle rząd 1–2 mm).
- Elementy ciężkie lub wrażliwe na drgania mocuje się dodatkowo (klej, opaski, śruby), nie wyłącznie lutem.
- Polaryzację i orientację elementów (dioda, kondensator elektrolityczny, złącze) potwierdza opis na płytce i dokumentacja montażowa.
Fala i lutowanie selektywne: okna procesu (do potwierdzenia)
Płytka z elementami przewlekanymi przechodzi kolejno przez nanoszenie topnika, podgrzanie wstępne, kontakt z falą stopu i chłodzenie. Parametry zależą od stopu, topnika, grubości i masy cieplnej płytki oraz od elementów i zawsze ustala się je profilem dla konkretnego produktu. Wartości orientacyjne: stopy bezołowiowe typu SAC topią się w okolicach 217–220 °C, a temperatura kąpieli lutowniczej na fali bywa podawana w rzędzie 250–265 °C; stop eutektyczny cyna-ołów topi się przy 183 °C. Dokładne zakresy podaje karta topnika i stopu.
Czas kontaktu ze falą wyznacza prędkość przenośnika i długość strefy kontaktu: t = L / v. Przykład założeniowy: długość kontaktu 50 mm. Przy prędkości 1,0 m/min (16,7 mm/s) czas kontaktu to 50 / 16,67 = 3,0 s, a przy 1,2 m/min (20 mm/s) 2,5 s. Zbyt krótki kontakt daje niedolutowanie, zbyt długi obciąża płytkę cieplnie. Szczegóły i porównanie z reflow: lutowanie na fali a reflow.
| Metoda | Zastosowanie | Uwagi projektowe |
|---|---|---|
| Fala lutownicza | Płytki z wieloma elementami THT, często seria | Elementy SMD po stronie fali wymagają szczególnych ustaleń; kierunek lutowania i odstępy wpływają na mostki |
| Lutowanie selektywne | Płytki mieszane z kilkoma punktami THT, delikatne elementy SMD blisko | Wokół wyprowadzenia zostaw strefę wolną dla dyszy (kilka milimetrów, do potwierdzenia z montażownią) |
| Pin-in-paste | THT lutowane w piecu razem z SMD | Większa objętość pasty i dobór elementów odpornych na temperaturę rozpływu |
| Lutowanie ręczne | Prototypy, poprawki, elementy nietypowe | Wymaga kontroli temperatury i techniki; zob. lutowanie PCB |
Płaszczyzny miedzi podłączone do pola bez połączenia termicznego (thermal relief) odprowadzają ciepło i obniżają wypełnienie otworu lutem; typowe pole z masą warto łączyć „szprychami”, a nie pełną miedzią.
Ocena spoiny na przekroju
Poniższe kryteria ujmują ogólne oczekiwania. Dokładne wartości (minimalne wypełnienie, dopuszczalne puste przestrzenie, wymagania dla klas) zawiera norma odbioru montażu (IPC-A-610) w aktualnym wydaniu oraz norma płytek (IPC-6012), a rysunek lub umowa ustala klasę.
- Wypełnienie pionowe otworu: lut powinien wypełniać znaczną część wysokości otworu; w wielu źródłach jako wymaganie podaje się około 75% wysokości. Dla płytki 1,6 mm to 0,75 · 1,6 = 1,2 mm lutu w otworze. Klasa i strona lutowania wpływają na kryterium.
- Zwilżenie: lut zwilża wyprowadzenie i ściankę otworu z wklęsłym, gładkim spływem na obu stronach (pole od strony lutowania i, jeśli wymagane, od strony elementu).
- Miedź w otworze: ścianka ciągła, bez pęknięć i odwarstwień, grubość zgodna z rysunkiem (rzędu kilkudziesięciu µm).
- Pęknięcia i odspojenia: brak pęknięć w lucie i na styku lut-pole, brak podniesionego pola.
- Puste przestrzenie: małe pęcherze są dopuszczalne w ramach kryteriów normy; duże, sięgające wyprowadzenia lub ścianki, wymagają oceny.
- Wygląd zewnętrzny: brak mostków i kul lutu, brak nadmiaru lub niedoboru na polu, wyprowadzenie widoczne.
Przekrój (mikrosekcja) pozwala ocenić wypełnienie i ściankę otworu, czego nie widać z zewnątrz. Typowe wady opisują artykuły o niewystarczającej ilości lutu i zimnych spoinach.
Co przygotować do zlecenia montażu mieszanego
- BOM z podziałem na SMD i THT oraz oznaczeniem, które elementy mają być lutowane ręcznie, falą lub selektywnie (BOM do wyceny PCBA).
- Rysunek płytki z wymiarami otworów gotowych i wierconych, rodzajem pól i klasą.
- Karty elementów z maksymalną temperaturą i czasem lutowania (część elementów THT, np. kondensatory elektrolityczne i złącza plastikowe, jest wrażliwa).
- Wymagania kontroli: AOI, kontrola wypełnienia, przekroje na próbce (test AOI).
Zakres montażu opisuje strona o montażu PCB.
Czego nie zweryfikowano: luzów, pierścieni, czasów i temperatur procesu u konkretnej montażowni, aktualnych kryteriów IPC-A-610 oraz IPC-6012 dla wybranej klasy i możliwości wytwórcy. Przykłady liczbowe są założeniowe i służą do pokazania metody liczenia.
