PTH PCB-Produkcja PCB polega głównie na wytrawianiu miedzianego arkusza pokrytego nieprzewodzącym podłożem i wierceniu otworów przelotowych. Otwory te łączą różne warstwy miedzi w płytce lub komponenty dołączone na zewnątrz. Jednak otwory nie będą przewodzić prądu, dopóki cienka warstwa miedzi nie zostanie nałożona na ścianki otworu. Kiedy to nastąpi, otrzymujemy płytkę PCB PTH. Przyjrzymy się tej technologii i jak wypada w porównaniu z jej nieplaterowanym odpowiednikiem poniżej.
Jak zdefiniować PTH i NPTH w projektowaniu PCB?
PTH i NPTH są synonimami dla Plated Through Holes i Non-Plated Through Holes, odpowiednio. Odnoszą się one do następujących kwestii.
PTH PCB-Co to jest PTH?
Aby otwór mógł być zakwalifikowany jako PTH, jego podkładka miedziana i maska ograniczająca lutowanie powinny być większe niż średnica otworu (pokryte minimalną szerokością 6-mil).
Co to jest NPTH?
Otwory NPTH nie spełniają warunków PTH. Otwór kwalifikuje się do NPTH jeśli spełnia następujące warunki.
Rozmiar podkładki miedzianej jest mniejszy niż otwór, a czasami nie ma miedzi.
Nakładka miedziana na podkładkę przekracza rozmiar otworu, ale z 6-milową strefą buforową pomiędzy szczeliną a miedzią.
PTH vs. NPTH: Różnica pomiędzy wykonaniem NPTH lub PTH dla fabryki PCB
Innym sposobem rozróżnienia tych dwóch metod jest to, że wiercenie PTH występuje przed procesem miedzi bezprądowej, podczas gdy wiercenie NPTH występuje po tym procesie. Podczas gdy definiowanie tych dwóch rodzajów wierceń jest proste, projektowanie ich w układzie płytki drukowanej może być trudne.
Na przykład, plik pokazujący, że pad jest pokryty miedzią i jest szerszy niż otwór, ale nie ma maski ograniczającej lutowanie jest mylący. Czy producent powinien umieścić go na płytce, czy nie?
Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na pliki Gerber przed wysłaniem ich do produkcji PCB.
Oto przykład. Z punktu widzenia producenta, jeśli wszystkie wiertła mają maskę ograniczającą lutowanie, która nakłada się i jest większa niż otwór:
Te zakwalifikowane do PTH mają połączenia z miedzianymi ścieżkami, a ich miedziane pady są szersze niż otwór
Te bez miedzi są nieplaterowane (NPTH)
PTH PCB-Procesy obróbki komponentów PTH
Przewody komponentów elektronicznych są wprowadzane do płytki PTH przy użyciu jednego z następujących zautomatyzowanych procesów.
Wkładanie osiowe dla diod i rezystorów
Rezystory lutowane do PCB
Wkładanie promieniowe dla kondensatorów elektrolitycznych
Wkładanie nieparzystych kształtów dla transformatorów, złączy, itp.
Ręcznie dla innych komponentów
Po włożeniu, elementy z otworami przelotowymi są lutowane przy użyciu jednej z poniższych technik lutowania.
Lutowanie ręczne
Lutowanie na fali (proces rozpływowy)
PTH PCB-Lutowanie selektywne.
Lutowanie podczas montażu PTH tworzy mocniejsze połączenia niż te tworzone w montażu SMT, ponieważ przewody przechodzą przez PCB.
Elementary PTH
PTH PCB-Zasady wiercenia w płytkach PCB NPTH i PTH
Podczas projektowania i produkcji płytek NPTH i PTH należy wziąć pod uwagę następujące zasady.
NPTH PCB (Non-Plated-Through-Hole PCB) Zasady wiercenia otworów
Minimalny rozmiar pełnego otworu to 6 mil.
Minimalny odstęp od krawędzi do krawędzi wszystkich innych elementów powierzchni wynosi 5 mil.
PTH PCB (Plated-Through-Hole PCB) Zasady wykonywania otworów
Minimalna wielkość pierścienia 4 mil.
Minimalna wielkość pełnego otworu 6 mil.
9-milowy minimalny odstęp między krawędziami od wszystkich innych elementów powierzchni.
Ogólnie rzecz biorąc, należy rozważyć typy przelotek, rozmiary otworów, współczynnik proporcji i odstępy podczas opracowywania zasad i wytycznych DFM dla otworów. Na przykład, jeśli celem projektowania dla produkcji (DFM) jest oszczędność miejsca, należy użyć przelotek.
Wiercenie PCB przez robota
PTH PCB-Przyczyny awarii PCB PTH i ich rozwiązania
Zespół PTH może doświadczyć następujących awarii.
ICD (Interconnection Defect)
Pęknięcia baryłki
PTH PCB-Pęknięcia folii
Pęknięcia baryłki
Naprężenia termiczne
Jednak największym problemem doświadczanym podczas procesu produkcji PCB jest ICD. Występuje on z powodu naprężeń spowodowanych różnicami w CTE (Coefficient of Thermal Expansion) i systemie PTH.
Wzmocnienie szklane na żywicy ogranicza rozszerzalność w osi X i Y. Dlatego materiał rozszerza się szybciej wzdłuż płaszczyzny Z. Ruch ten powoduje naprężenia w przyleganiu między miedzią a jej połączeniami i może powodować rozdzielenie.
To samo naprężenie powoduje inne problemy, które mogą wystąpić jednocześnie lub stopniowo w ciągu wielu cykli.
PTH PCB-Rozwiązania
Po pierwsze, upewnij się, że stosujesz się do najlepszych praktyk galwanizacji miedzi. Po drugie, wypróbuj następujące rozwiązania.
Utrzymaj grubość miedzi bezelektrodowej na wszystkich połączeniach miedzianych.
Upewnij się, że depozyt ziarna struktury miedzi jest solidny
Wybierz materiał żywiczny o wysokiej Td (wysoka temperatura rozkładu), aby poradzić sobie z odkształceniami termicznymi bez utraty wagi materiału żywicznego
Przetestuj płytki z otworami o wysokim współczynniku kształtu poddając je powtarzającym się szokom termicznym podczas prototypowania. Celem jest zidentyfikowanie zakresu temperatur, w których dochodzi do awarii.
Montaż powierzchniowy (SMT) vs. Platerowany otwór przelotowy (PTH)
Elektroniczne płytki PCB są najczęściej wykonane w technologii SMT lub PTH, a ich porównanie przedstawiono poniżej.
PTH PCB-Montaż powierzchniowy (SMT)
Komponenty SMT są najbardziej typowe w nowoczesnej elektronice, ponieważ są tańsze, mniejsze i łatwiejsze w montażu. Montaż SMT polega na szybkim umieszczaniu elementów przy użyciu maszyny pick-and-place, a następnie lutowaniu przy użyciu pieca rozpływowego.
Podczas gdy ta automatyzacja ułatwia masową produkcję SMT, małe rozmiary elementów komplikują ręczny montaż. Potrzebny jest też dodatkowy sprzęt (stacja do przeróbki gorącym powietrzem lub piec rozpływowy).
Kilka elementów SMT i jeden element przelotowy są lutowane na płytce PCB. Zwróć uwagę na różnicę rozmiarów.
Dlaczego warto używać SMT?
Jeśli potrzebujesz małego projektu
Do produkcji masowej
Jeśli potrzebne chipy/komponenty nie są dostępne w opakowaniach PTH
Platerowane otwory (PTH)
Komponenty PTH są najbardziej typowym typem używanym do lutowania ręcznego. Zazwyczaj posiadają one przewody lub wyprowadzenia (dwa lub więcej), które pasują do otworów w komponentach na PCB. Możesz również przykleić te piny do breadboardów podczas prototypowania.
Te komponenty elektroniczne są zazwyczaj większe niż ich odpowiedniki SMT, więc są rzadko używane w stale kurczących się płytkach PCB elektroniki użytkowej.
Elementy przelotowe przylutowane do PCB
Dlaczego warto używać PTH?
Do prototypowania (przy użyciu deski do krojenia)
Jeśli projekt jest przeznaczony do małej serii produkcyjnej
Do stabilnego mocowania nieporęcznych i ciężkich komponentów, takich jak transformatory
Zalety produkcji PTH
Mocniejsze połączenia mechaniczne w montażu PCB PTH niż w montażu SMT
Możliwość ręcznej naprawy wadliwych połączeń zamiast wymiany całego obwodu.
Montaż PTH jest idealny dla dużych komponentów
Typowe zastosowania NPTH/PTH
PTH i NPTH mają wiele zastosowań, ale poniżej przedstawiono dwa typowe.
Frezowanie szczelin dla izolujących od napięcia szczelin powietrznych
Pomiędzy niektórymi miedzianymi ścieżkami wysokiego napięcia mogą chwilowo wystąpić łuki elektryczne. Te łuki mogą powodować zwęglenie, gdy występują często, prowadząc do zwarcia. Jednak łuk elektryczny nad szczeliną frezowania nie powoduje karbonatyzacji.
Platerowane szczeliny dla części z kwadratowymi/prostokątnymi połączeniami komponentów
Elementy takie jak gniazda DC z nieokrągłymi przewodami wymagają galwanizowanych otworów. Powodem jest to, że przestrzeń pomiędzy kołkiem a ścianą otworu zostanie wypełniona lutem, tworząc niezawodne połączenie.
Jak obniżyć koszty płyt PCB z otworami przelotowymi?
Jedną z wad galwanizacji Through Hole jest jej wysoki koszt. Ale można obniżyć koszty produkcji przez:
Używanie większych pierścieni pierścieniowych
Minimalny rozmiar pierścienia jest granicą minimalnej odległości otworu i podkładki. Jest to krytyczny wymóg, który odnosi się do przelotek i padów przelotowych. Koszty produkcji PCB rosną, jeśli minimalne pierścienie są mniejsze niż standardowe wymagania.
Zmniejszanie gęstości otworów na metr kwadratowy
Wiertarki laserowe lub mechaniczne mają określoną wydajność pracy. Dlatego wiercenie większej gęstości otworów na płytce PCB będzie wymagało więcej czasu. Jeśli projekt pozwala na zmniejszenie gęstości otworów, można przyspieszyć proces produkcji płytki i obniżyć koszty podczas produkcji masowej.
PTH Płytka drukowana i chip
Wiercenie większych otworów
Wiercenie drobnych otworów wymaga drogich, precyzyjnych maszyn. Producenci zazwyczaj odzyskują te koszty od nabywców, pobierając wyższe opłaty za wiercenie otworów o średnicy od 0,15 mm do 0,3 mm. Dlatego wiercenie większych szczelin może znacznie obniżyć koszty.
Podsumowanie
Proszę bardzo!!! Chociaż PTH są rzadkie lub nie występują w nowoczesnej elektronice użytkowej, mają pewne unikalne zastosowania, które utrzymują ich znaczenie w projektowaniu i produkcji PCB. Mamy nadzieję, że ten artykuł był wnikliwy. Jeśli uważasz, że coś pominęliśmy lub masz jakieś pytania/komentarze, zostaw wiadomość, a my wkrótce odpowiemy.
