Skylių technologija yra pagrindinis būdas montuoti dalis ant spausdintinės plokštės, praleidžiant jų laidus per išgręžtas skylutes ir lituojant juos prie trinkelių. Šiame straipsnyje paaiškinamos padengtos ir nepadengtos skylės, pagalvėlių dalys, skylių dydis ir pritaikymas, tarpai, šilumos srautas, surinkimo būdai, komponentai, SMT palyginimas, patikimumo taškai ir defektai su pataisymais.
Skylių pagrindai PCB projektavime
Kiaurymė yra dalių tvirtinimo ant spausdintinės plokštės (PCB) būdas, praleidžiant jų metalinius laidus per išgręžtas skylutes plokštėje. Laidai yra lituojami prie varinių trinkelių, o tai sukuria tvirtą mechaninį laikymą ir aiškią elektros jungtį. Kadangi švinas eina per visą PCB storį, litavimo jungtis laikoma plokštės viduje, o ne tik ant paviršiaus. Kai skylės sienos yra padengtos variu, skylė taip pat gali sujungti vario sluoksnius lentos viduje.
Bendri terminai:
• THT (Through-Hole Technology) – naudojant išgręžtas skylutes PCB dalims montuoti ir sujungti.
• THM (Through-Hole Mounting) - kitas to paties montavimo būdo pavadinimas.
Padengtos ir nepadengtos kiaurymės
| Skylės tipas | Vardas ir pavardė | Vario dengimas statinėje | Pagrindinė funkcija |
|---|---|---|---|
| PTH | Padengta per skylę | Taip | Teikia elektros jungtį ir palaiko komponentus |
| NPTH | Nepadengta kiauryme | Ne | Užtikrina mechaninį montavimą arba tarpą, nėra laidumo |
Kiaurymės krūvos dalys
• Gręžimo skylė - gręžtuvo ar maršrutizatoriaus padaryta anga PCB, pro kurią praeina laidas.
• Statinė - varis ant skylės sienos padengtose skylėse, leidžiantis srovei tekėti tarp sluoksnių.
• Išorinės pagalvėlės (viršuje ir apačioje) - vario sritys ant išorinių PCB paviršių, kur lydmetalis jungiasi su švinu.
• Vidinio sluoksnio pagalvėlės - vario sritys ant vidinių sluoksnių, kurios jungiasi prie to paties elektros kelio kaip ir skylė.
• Žiedinis žiedas - vario žiedas aplink gręžimo angą, kuris palaiko trinkelę sujungtą ir padeda išvengti jos nutrūkimo.
Kiaurymės dydis ir švino pritaikymas
Skylės dydis ir švino prigludimas
Skylės dydis kiaurymės trinkelėje turi atitikti metalinį šviną, tačiau jis neturėtų būti vienodas. Skylė taip pat turi palikti vietos vario dangai ir įprastiems gręžimo pokyčiams. Virš švino skersmens pridedamas nedidelis papildomas tarpas, kad švinas galėtų sklandžiai slysti, o lydmetalis galėtų tekėti aplink jį. Tai padeda jungčiai išlikti tvirtai ir lengviau surenkama.
Jei skylė per ankšta
Kai skylė per ankšta, laidą sunku prastumti. Jis gali subraižyti varį, sulenkti trinkelę arba sukelti didelį įtempimą statinei. Laikui bėgant šis įtempimas gali sukelti vario įtrūkimus arba priversti trinkeles pakilti nuo lentos, o tai gali sugadinti jungtį.
Jei skylė per laisva
Kai skylė yra per laisva, tarpas tarp švino ir statinės tampa didelis. Lydmetalis gali neužpildyti šios vietos, todėl filė gali būti plona arba silpna. Švinas gali pasvirti į vieną pusę, paveikdamas bandymus ir padaręs lentą netolygią. Šiuo atveju didžiąją dalį stiprumo lemia tik lydmetalis, o ne tvirtas prigludimas tarp švino ir skylės.
Padstack planavimas kiaurymių trinkelėms
Išorinės pagalvėlės
Išorinės pagalvėlės yra vario sritys lentos viršuje ir apačioje aplink skylę. Jie suteikia vietos lydmetaliui sukibti su švinu, todėl jungtį lengva pamatyti ir patikrinti.
Vidinio sluoksnio jungtys
Vidinio sluoksnio pagalvėlės nustato, kurie vario sluoksniai ant plokštės jungiasi prie padengtos statinės. Jie nurodo, kaip galia ir signalai keliauja per lentą, ir padeda išlaikyti kelią aiškų ir kontroliuojamą.
Anti-pagalvėlės
Anti-pagalvėlės yra tikslios angos be vario aplink statinę, vario plokštumos sluoksniuose ant kito tinklo. Jie apsaugo vamzdį nuo trumpojo ryšio su netoliese esančiu variu ir padeda kontroliuoti signalo elgseną bei nepageidaujamą triukšmą.
Sluoksnių taisyklės
Sluoksnių taisyklės nustato kiekvieno sluoksnio trinkelių dydžius, tarpus ir šiluminio reljefo modelius. Šios taisyklės išlaiko pastovų atstumą ir padeda trinkelėms kontroliuojamai šildyti ir atvėsti litavimo metu.
Bibliotekos nuoseklumas
Bibliotekos nuoseklumas reiškia, kad reikia naudoti standartinius blokų krūvas įprastiems potencialių klientų dydžiams ir išlaikyti aiškius bei tvarkingus pavadinimus. Tai leidžia lengviau suderinti pėdsakus, trinkeles ir gręžimo diagramas be painiavos.
Tarpai tarp skylių ir išdėstymas
Tarpai nuo skylės iki skylės ir nuo trinkelės iki trinkelės
• Palikite pakankamai vietos, kad litavimo filė nesiliestų ir nesudarytų tiltų tarp trinkelių.
• Įprastas atspirties taškas yra atstumas nuo krašto iki krašto apie 1,27 mm, tačiau tiksli vertė priklauso nuo PCB gamintojo ribų.
Atstumas iki lentos kraštų
• Laikykite kiaurymių pagalvėles ir skylutes toliau nuo išorinio lentos krašto ir nuo atplėšiamų skirtukų.
• Papildomas atstumas sumažina tikimybę, kad trinkelės įtrūks arba nutrūks, kai lenta bus nupjauta nuo plokštės.
Netoliese esantys signalai
• Nedėkite daug kiaurymių pagalvėlių per arti greitų skaitmeninių pėdsakų ar jautrių analoginių pėdsakų.
• Srovės vamzdžiuose ir varinėse plokštumose gali susijungti su netoliese esančiomis signalo linijomis ir turėti įtakos signalo kokybei.
Šiluminis reljefas ir šilumos srautas aplink kiaurymių trinkeles
Šilumos srautas ir sunkiai lituojamos trinkelės
Kai trinkelė pririšama tiesiai prie didelio vario ploto, litavimo metu varis pašalina šilumą. Trinkelė gali nepakankamai įkaisti, o lydmetalis gali tinkamai nesudrėkinti jungties.
Naudojant šiluminius reljefus
Šiluminiams reljefams naudojami ploni variniai stipinai tarp trinkelės ir plokštumos. Tai išlaiko gerą elektros kelią ir sulėtina šilumos nuostolius, todėl trinkelė greičiau įšyla ir lengviau lituoti.
Vario balansavimas aplink jungtį
Išlaikant panašius vario plotus abiejose švino pusėse, abi pusės įkaista panašiu greičiu. Tai palaiko sklandesnį lydmetalio srautą ir tolygesnę jungtį.
Elektra nešančių dalių planavimas
Trinkelėms, kurios perneša daugiau srovės, derinkite šiluminius reljefus su vario liejimais ir šiluminėmis vias. Tai paskirsto šilumą, o pagalvėlė išlieka lituojama ir stabili.
Kiaurymių komponentų surinkimo būdai
Rankinis litavimas
• Naudojamas prototipams, mažoms partijoms ir remonto darbams.
• Leidžia kruopščiai valdyti kiekvieną jungtį, bet yra lėtesnis nei mašinos.
Bangų litavimas
• PCB juda per tekančią išlydyto lydmetalio "bangą" apatinėje pusėje.
• Lituokite daug jungčių vienu metu ir gerai veikia, kai dauguma dalių yra kiaurymės.
Selektyvus litavimas
• Naudoja mažą litavimo antgalį, kad lydmetalis būtų naudojamas tik pasirinktoms trinkelėms ir kaiščiams.
• Tinka mišrioms plokštėms, kurių vienoje pusėje yra SMT dalys, o kitoje pusėje yra kiaurymės dalys, sumažinant maskavimą ir apribojant šalia esančių dalių šilumą.
Įprasti kiaurymių komponentų tipai
Jungtys
Kiaurymių jungtys naudojamos ten, kur kištukams, laidams ar kabeliams reikia tvirto inkaro. Jų laidai praeina per plokštę ir padeda paskirstyti traukos ir stūmimo jėgas tarp litavimo jungčių, PCB ir korpuso, todėl laikui bėgant ryšys išlieka stabilus.
Maitinimo dalys
Maitinimo dalys dažnai turi didesnę masę ir generuoja daugiau šilumos nei mažos signalinės dalys. Tvirtinimas per skylę užtikrina tvirtą mechaninę atramą visoje plokštėje, o su laidais galima naudoti papildomą aparatūrą, pvz., varžtus ar spaustukus, kad šios dalys būtų vietoje.
Radialiniai elektrolitiniai kondensatoriai
Radialiniai elektrolitiniai kondensatoriai užtikrina didelę talpą palyginti mažame plote, o du laidai praeina per plokštę. Kiaurymės laidai padeda išlaikyti korpusą stabilų veikimo ir litavimo metu, taip palaikant ilgalaikį galios ir filtravimo kelių patikimumą.
Ašiniai rezistoriai ir diodai
Ašiniai rezistoriai ir diodai abiejuose galuose naudoja laidus, leidžiančius jiems įveikti platesnį atstumą plokštėje. Tvirtinimas per skylę puikiai tinka maketams, kuriems reikalingas ilgesnis tarpas tarp laidų arba aukštesnės įtampos atstumas, taip pat tinka daugeliui remontui tinkamų ar senesnių plokščių stilių.
Kiaurymė, palyginti su paviršinėmis dalimis
| Projektavimo veiksnys | Kiaurymė | SMT (paviršinio montavimo technologija) |
|---|---|---|
| Mechaninė apkrova | Stipri parama per valdybą | Mažesnė apkrova be papildomų atraminių taškų |
| PCB tankis | Apatinis dalių tankis | Didesnis dalių tankis vienoje arba abiejose pusėse |
| Rankinis pertvarkymas | Tinka rankiniam litavimui ir detalių keitimui | Sunkiau su labai mažomis arba smulkaus žingsnio dalimis |
| Didelės apimties surinkimas | Lėtesnio įterpimo įranga | Greiti paėmimo ir papildymo procesai |
| Plonos/kompaktiškos lentos | Mažiau tinka trapiems, kompaktiškiems gaminiams | Puikiai tinka ploniems ir labai kompaktiškiems išdėstymams |
Kiaurymių litavimo jungčių patikimumo veiksniai
Litavimo filė kokybė
Gera jungtis turi lydmetalį, kuris sklandžiai apvynioja šviną ir trinkelę be tarpų ar įtrūkimų. Tvirtas, lygus paviršius padeda jungčiai pernešti srovę ir atlaikyti įtampą.
Statinės dengimas
Varis statinėje turi būti pakankamai storas ir tvirtai pritvirtintas prie trinkelių. Šio vario įtrūkimai ar atsiskyrimas gali nutraukti elektros kelią, net jei išorė atrodo normali.
Šiluminis profilis
Litavimo laikas ir temperatūra turi būti nustatyti taip, kad jungtis pakankamai įkaistų, kad būtų galima gerai sudrėkinti, neperkaitinant pagalvėlių ar statinių. Dėl per mažos šilumos silpnos jungtys; per daug gali pakelti trinkeles arba sugadinti lentą.
Mechaninė atrama
Sunkios ar aukštos dalys neturėtų pasikliauti tik jų laidais ir litavimo jungtimis. Papildoma atrama, ribojanti judesius, sumažina sąnarių įtampą ir padeda jiems ilgiau išsilaikyti.
Dažni kiaurymės defektai ir pataisymai
| Požymis | Tikėtina priežastis | Pataisymai |
|---|---|---|
| Prastas drėkinimas / nuobodu jungtis | Trinkelė nepakankamai karšta; srautas silpnas arba senas | Jei reikia, pridėkite šiluminį reljefą, sureguliuokite šilumos profilį ir naudokite šviežią srautą |
| Kaištis necentruotas/pakreiptas | Skylė per didelė; laisvų dalių išdėstymas | Naudokite mažesnį skylės dydį ir pagerinkite dalių laikymą litavimo metu |
| Litavimo tiltai | Pagalvėlės per arti; per daug lydmetalio | Padidinkite tarpus tarp trinkelių, sureguliuokite bangų ar selektyvius nustatymus ir patobulinkite litavimo kaukės išdėstymą |
| Pakeliama trinkelė | Per daug šilumos arba pakartotinis perdirbimas | Sumažinkite litavimo šilumą ir laiką, apribokite perdirbimą ir sumažinkite įtampą |
Išvada
Šiame straipsnyje pateikiama informacija apie kiaurymę apima ne tik pagrindinį gręžimą. Jie susieja skylės tipą, pagalvėlės formą, tarpus ir vario balansą su tuo, kaip gerai jungtys lituoja ir laikosi laikui bėgant. Surinkimo būdai ir standartinės dalys rodo, kad kiaurymės vis dar tinka šalia SMT šiuolaikinėse plokštėse. Patikimumo patikrinimai ir defektų taisymas viską sujungia, todėl tos pačios taisyklės gali padėti stabilioms jungtims nuo išdėstymo iki gamybos ir ilgalaikio naudojimo lauke.
Dažnai užduodami klausimai
Koks yra standartinis minimalus PCB kiaurymės dydis?
Standartinis minimalus gręžimo dydis yra apie 0,20–0,30 mm. Galimos mažesnės skylės, tačiau jas reikia specialiai apdoroti.
Kokio storio vario danga padengtoje kiaurymėje?
Vamzdžio varis yra kelių dešimčių mikrometrų storio, pakankamai, kad perneštų srovę ir atlaikytų šiluminį ciklą.
Kaip lydmetalis be švino veikia litavimą per skylę?
Lydmetalis be švino tirpsta aukštesnėje temperatūroje, todėl trinkelės ir statinės patiria aukštesnę temperatūrą ir reikalauja kruopščiai kontroliuojamo profilio.
Kaip tikrinama kiaurymių litavimo jungčių kokybė?
Jie tikrinami vizualiai arba automatiniu optiniu būdu tikrinant filė formą, drėkinimą ir kaiščio padėtį, o kartais pjaunant mėginių lentas skerspjūvio patikrinimams.
Ką konforminė danga daro aplink kiaurymes?
Jis sudaro ploną apsauginį sluoksnį aplink laidus ir trinkeles, kad apsaugotų nuo drėgmės ir nešvarumų, palikdamas užmaskuotas vietas atviras vėlesniam kontaktui ar litavimui.
Kaip vibracija veikia kiaurymių dalis?
Vibracija priverčia laidus ir litavimo jungtis judėti kartu su plokšte, o tai gali pavargti sąnarius, jei judesys yra didelis ar pastovus. Papildoma atrama ir standesnės lentos padeda sumažinti stresą.
