Что такое печатная плата со сквозными отверстиями?
Сквозное отверстие — это отверстие в электропроводящем материале (например, печатной плате (PCB)), через которое припаиваются выводы, то есть покрытое металлом. Металл иногда выбирают таким образом, чтобы он был более коррозионно-стойким, чем припой, и в то же время более электропроводящим, чем припой. Используемые материалы включают латунь, медь и нержавеющую сталь.
Где используются печатные платы со сквозными отверстиями?
Вместо изготовления версии печатной платы для поверхностного монтажа, производители могут использовать компоненты со сквозными отверстиями для определенных применений, где имеет смысл использовать отверстия вместо контактных площадок.
Печатная плата со сквозными отверстиями имеет монтажные отверстия на одной стороне, которые достаточно велики для стандартного сверла или других инструментов для крепления компонентов винтами или болтами. На другой стороне платы часто имеются медные контактные площадки, чтобы компоненты можно было легко припаять к обратной стороне платы.
типы отверстий в печатной плате
Печатная плата со сквозными отверстиями (TH PCB или TH board) является наиболее распространенным типом печатных плат, используемых в электронике. Платы со сквозными отверстиями можно дополнительно разделить на односторонние и двусторонние версии. Традиционно они подразделяются на 3 типа на печатной плате:
- Проводящее отверстие (PTH)
Проволочное отверстие — это тип сквозного отверстия (отверстие, проходящее через всю печатную плату), которое с обеих сторон покрыто металлическим слоем, обычно медью.
- Погребенное сквозное отверстие (BVH)
Заглушенное сквозное отверстие — это сквозное отверстие, которое было покрыто медью, что делает его невидимым. На многих печатных платах есть участки, покрытые медью, которые предназначены для соединений с обмоткой проводов. Эти участки, покрытые медью, могут окисляться или повреждаться. Заглушенные сквозные отверстия позволяют ремонтировать или заменять эти соединения. Заглушенное сквозное отверстие может быть видно, если поврежденный провод заменяется или если на плате выполняются ремонтные работы.
- Слепое сквозное отверстие (BVH)
Слепое отверстие — это отверстие с медным покрытием, которое соединяет верхний или нижний слой печатной платы с одним или несколькими внутренними слоями.
Преимущества печатной платы со сквозными отверстиями
- Более длительный срок службы
Компоненты с проходными отверстиями могут служить десятилетиями, в то время как компоненты для поверхностного монтажа служат всего несколько лет. Это связано с тем, что большая часть компонента подвергается воздействию окружающей среды и может подвергаться коррозии, в то время как компоненты для поверхностного монтажа имеют контакты только на поверхности.
- Легче найти запасные части.
Если ваш продукт все еще находится в производстве и использует печатные платы с технологией поверхностного монтажа (SMT), вы сможете найти запасные части для конструкций с сквозными отверстиями.
- Более низкая стоимость
Плата с сквозными отверстиями дешевле в производстве и сборке. Для сборки SMT-продукта рабочие должны использовать дорогостоящие роботы-укладчики, чтобы разместить компоненты в нужном месте, что обходится дорого.
- Более простой монтаж проводов
Вы можете легко обернуть провода вокруг платы со сквозными отверстиями, чтобы закрепить их, вместо того, чтобы использовать специальные клеи и термоклей, которые используются с платами для поверхностного монтажа.
Недостатки печатной платы со сквозными отверстиями
- Более длительное время сборки
Сборка плат с отверстиями занимает больше времени, чем сборка плат SMT, поскольку для сборки плат требуется специальный пневматический или механический пресс, а работники должны использовать паяльник для выполнения работы.
- Риск ошибок
Обработка плат со сквозными отверстиями в большей степени выполняется вручную, поэтому риск ошибок в процессе сборки выше.
- Более тяжелый вес
Плата с отверстиями имеет больше компонентов и более крупные компоненты, чем плата SMT, что делает ее более тяжелой.
Как изготавливаются печатные платы со сквозными отверстиями?
1. Создать схематическую диаграмму
Первым шагом в этом процессе является создание схемы с помощью системы автоматизированного проектирования (CAD).
2. Расположение печатной платы
Схема компоновки — это визуальное представление электрической и физической разводки компонентов и их соединений. Здесь вы вводите все данные, такие как размеры, материалы, дорожки и т. д.
Совет.
Он также может содержать примечания, такие как описание использованных материалов, особые требования к монтажу или указание на тип конструкции.
3. Фоторезист для печатных плат и перенос изображения
3.1 Фоторезист для печатных плат
Следующим шагом является создание фоторезистивной схемы печатной платы, используемой для создания изображения сборки печатной платы.
Для этого схема расположения размещается в фотомаскирующем аппарате, который проецирует световой узор на схему расположения. Световой узор проходит через схему на тонкий лист химически обработанной бумаги (называемый фоторезистом). После экспонирования фоторезист проявляется с помощью растворителя.
3.2 Перенос изображения на печатную плату
Как правило, перенос изображения на внутренний слой печатной платы не требуется, поскольку внутренний слой печатной платы обычно не подвергается воздействию внешней среды. Однако, если вы хотите сделать ваш продукт более привлекательным или защитить его от повреждений, рекомендуется перенести изображение на внутренний слой печатной платы.
4. Травление внутреннего слоя печатной платы
Травление внутреннего слоя печатной платы — это процесс удаления меди (I) со слоя под медной фольгой, который погружается в раствор кислоты.
Причина этого заключается в том, что медь на поверхности печатной платы может действовать как изолятор и препятствовать хорошему соединению с электролитическими или твердыми полимерными частями.
Для удаления этого слоя можно использовать травильный раствор (например, серную кислоту, азотную кислоту или концентрированную серную кислоту). Раствор можно налить в емкость и погрузить в него печатную плату (с медью на поверхности). Когда раствор достигнет активной фазы, можно извлечь печатную плату из него.
Совет
При травлении внутреннего слоя печатной платы помните, что перенос флюса невозможен, и вам необходимо позаботиться о его переносе в правильном направлении.
5. удаление внутренней сухой пленки
Внутреннее удаление сухой пленки с печатной платы включает в себя удаление пленочного покрытия с печатной платы (PCB), что позволяет увидеть отдельные компоненты на поверхности печатной платы через прозрачный слой.
Снятие внутренней сухой пленки с печатной платы может выполняться вручную с помощью скребка и/или вручную с помощью устройства, такого как DesoxIT, или автоматически с помощью устройства, такого как DRI-RAD или DRI-RAS.
Советы
а) Снятие внутренней сухой пленки с печатной платы — это экономичный и безопасный способ очистки и утилизации печатных плат без повреждения их поверхности.
б) Этот способ заключается в погружении печатной платы в ванну с растворителем на некоторое время, чтобы удалить покрытие с поверхности печатной платы.
в) Этот способ можно использовать для печатных плат без маркировки, а также для печатных плат с маркировкой, такой как EMI-экранирование, RF-экранирование и т. д.
6. Сверление сквозных отверстий в печатных платах
Следующим шагом является сверление панели для создания отверстий для монтажа компонентов на печатной плате. Панель помещается под сверлильный станок, который использует такие инструменты, как ротационные сверла и сверла PTH, для создания сквозных отверстий в подложках печатных плат.
7. Медная обшивка печатной платы
Затем покройте открытую медную панель тонким слоем меди. Это можно сделать с помощью гальванического или химического покрытия.
8. маска для пайки
Маска для пайки печатных плат — это покрытие, которое наносится на печатную плату для уменьшения количества накипи, образующейся на поверхности платы в результате воздействия влаги. Маска для пайки изготавливается из смолы, которая прилипает к поверхности платы, и имеет диэлектрическое покрытие с обеих сторон.
9. Внешний слой фоторезиста
Фоторезист для внешнего слоя печатной платы используется для создания автономных фоторезистных структур на печатной плате способом, аналогичным флексографской печати.
Фоторезист наносится на печатную плату с помощью центробежного или осциллирующего ленточного наносителя и отвердевает под воздействием ультрафиолетового или видимого света в соответствии с конкретным процессом, предусмотренным производителем. Полученные автономные фоторезистные структуры могут затем соединяться с схемой перед травлением.
10. Перенос изображения внешнего слоя
Для переноса внешнего слоя можно использовать влажные салфетки и бумагу для переноса. Перенесите влажные салфетки и бумагу на изоляционный материал, такой как ПЭТ или ПЭ-ламинат.
При использовании процесса ENIG для изготовления печатных плат необходимо соблюдать следующий порядок:
1). Погружение в никелевую ванну.
2). Сушка/десенсибилизация поверхности.
3). Промывка водой.
4). Промывка аква-дипом.
5). Повторное погружение в ванну.
6). Окончательная сушка/отверждение.
12. Электрооцинковка
Электрооцинковка — это процесс, при котором пленка из полиэтилена высокой плотности (P.H.D.P) наносится гальваническим способом на поверхность печатной платы (PCB).
Сначала печатные платы покрывают силаном, который действует как анод, а электролит — как катод, а затем наносят покрытие, подавая низкое напряжение между электрическими контактами на печатной плате и электролитом.
13. Снятие внешней влажной пленки
Внешняя очистка от влажной пленки выполняется между платой и окружающими пластиковыми или металлическими компонентами корпуса для удаления краски или покрытия с печатных плат перед сборкой в готовые изделия.
14. Травление внешнего слоя
Внешний слой печатной платы травится для получения следующих частей:
а) Отверстие для прохождения проводов для пайки.
б) Определяющий узор на печатной плате для прокладки.
в) Отверстие для компонентов, которые будут припаяны к печатной плате.
г) Покрытие поверхности печатной платы, позволяющее соединять ее с печатной платой.
Совет
При травлении внешних проводящих слоев печатных плат важно защищать печатные платы от оксидов и частиц, содержащихся в воздухе, поскольку они могут попасть в микросхемы и вызвать короткое замыкание или разрушить микросхему. Поэтому перед травлением внешнего слоя печатной платы необходимо собрать всю пыль и утилизировать ее безопасным способом.
15. Удаление оловянной обшивки
Удаление олова — это процесс удаления олова и меди с печатной платы. Это можно сделать несколькими способами, в зависимости от типа продукта, наличия материалов, а также навыков и опыта оператора.
а). Наиболее распространенный способ удаления олова с печатных плат — использование растворителя. Удаление с помощью растворителя эффективно, но требует много времени и может привести к образованию токсичных побочных продуктов.
б). Другой вариант — использование кислоты или соляной кислоты. Удаление с помощью кислоты происходит быстрее, но приводит к снижению качества олова.
в). Третий вариант — сочетание двух методов: удаление краски с помощью растворителя, а затем удаление оставшегося олова с помощью кислоты.
HASL — это процесс пайки, при котором удаляется излишек припоя с печатной платы (PCB).
Процесс HASL прост: излишки припоя сжигаются с печатной платы путем нагрева платы выше температуры плавления с помощью горячего воздушного пистолета.
Совет
Хотя этот метод работает хорошо, у него есть ограничения:
а). Горячий воздушный пистолет можно использовать только в течение нескольких секунд за раз.
б). Кроме того, из-за неровностей поверхности печатных плат часть припоя неизбежно отрывается от платы и остается на самом пистолете.
в). Для вашей платы нет ровной поверхности, поэтому вам придется с этим смириться.
г). Вам понадобятся две платы, чтобы удерживать друг друга.
17. Сборка печатной платы со сквозными отверстиями
Существует несколько способов сборки печатных плат с отверстиями:
- Разместите компоненты
Технология поверхностного монтажа (SMT) является наиболее эффективным вариантом для сборки больших печатных плат с сквозными отверстиями. SMT позволяет монтировать компоненты непосредственно на верхней части платы с помощью штырьков, которые соединяются с контактными площадками на поверхности платы.
- пайка печатных плат с сквозными отверстиями
После размещения компонентов на печатной плате их можно спаять с помощью оборудования для монтажа компонентов. Вы также можете соединить компоненты с помощью проводов, проводящих клеев или других компонентов, чтобы сформировать электрическую цепь.
Советы по пайке печатных плат:
9 основных советов и хитростей по пайке электроники для начинающих
18. Тестирование печатной платы со сквозными отверстиями
После завершения процесса сборки проводится тестирование, чтобы убедиться, что все компоненты работают должным образом.
Контрольная точка T-Hole
Тестовая точка — это незаметное отверстие в печатной плате, которое позволяет получить доступ к внутренним сигналам (контактам) компонента или подключить провода или перемычки к этим контактам.
Кроме того, их можно использовать для соединения сигналов между двумя разными компонентами без изменения печатной платы.
Размер печатной платы с сквозными отверстиями
Официального стандарта для размера печатных плат со сквозными отверстиями не существует. Однако ниже приведены некоторые рекомендации, которые можно использовать для достижения хороших результатов:
1. Тип компонента, для которого будет использоваться печатная плата.
2. Характеристики компонента (размер, форма и вес).
3. Материал, из которого изготовлен компонент.
4. Количество и размер рассматриваемого компонента.
5. Мощность станка для сверления отверстий в печатных платах, который используется для изготовления отверстий в печатных платах (если таковой имеется).
Таблица размеров сквозных отверстий печатных плат
Советы
Чем меньше отверстие, тем меньше потребуется свинцовых дорожек;
Чем меньше отверстие, тем выше потери сигнала;
Чем меньше отверстие, тем сложнее его точно просверлить.
Калькулятор размера сквозного отверстия печатной платы
Saturn PCB Toolkit — отличный бесплатный ресурс для расчета печатных плат, особенно полезный для дизайнеров и инженеров. Он включает в себя множество полезных функций, таких как расчет диаметра сквозных отверстий, токоемкости дорожек схемы, тока, дифференциальных пар и многое другое.
