Durchlöcherte Wissenssammlung

Elektronische Geräte werden mit einer Platine entworfen, die als PCBA bekannt ist und alle elektronischen Komponenten enthält, um den Leitfähigkeitsstromkreis zu vervollständigen. Die Herstellung der Leiterplatte besteht in erster Linie aus einem Ätzprozess, bei dem ein Kupferblech in ein nicht leitendes Trägermaterial plattiert und Löcher in die Endproduktplatte gebohrt werden. Der Zweck der gebohrten Löcher ist es, die Leitfähigkeit zwischen den Kupferschichten der Leiterplatte und den in der Leiterplatte befestigten Komponenten zu gewährleisten. Denken Sie daran, dass es verschiedene Arten von Leiterplatten mit verschiedenen Schichten, aber die einfachste Form der Platine, die die Technologie der Durchgangslochmontage nutzt, hat nur eine obere und eine untere Schicht. Die gebohrten Löcher sind erst dann leitfähig, wenn ein fortschrittlicher Prozess, die sogenannte Galvanisierung, eingesetzt wird, der die Leitfähigkeit auslöst. Bei diesem fortschrittlichen Verfahren wird eine dünne Kupferschicht auf die Wände der Bohrlöcher aufgebracht. Die galvanische Beschichtung der Bohrlöcher führt zu dem, was wir als plattierte Durchgangslöcher (PTH). Dieser Artikel konzentriert sich auf die PTH PCBA und wie wir sie mit der NPTH vergleichen können PCBA. Lassen Sie uns loslegen!

Der Unterschied zwischen PTH und NPTH

Bei PCBA sind die Definitionen der beiden unterschiedlich, PTH steht für plated through hole (durchkontaktiertes Loch), während NPTH für nicht plattiertes Durchgangsloch.

PTH bedeutet, dass das gebohrte Loch mit einer Lötstoppmaske und einem Kupferpad versehen ist, das größer ist als der Durchmesser des Lochs, der etwa 6 mil über der vorgesehenen Mindestbreite liegt. 

Bei einem NPTH erscheinen die plattierten Kupferpads kleiner als das gebohrte Loch und in anderen Fällen ist das Kupfer nicht vorhanden, während die Kupferauflage auf den Pads die Größe des gebohrten Lochs mit einer Pufferzone der Größe 6 mil zwischen dem Schlitz und dem Kupfer übersteigt

NPTH & PTH PCB-Bohrregeln

Das Vorhandensein von Löchern soll den reibungslosen Ablauf von Leiterplattenbestückungsprojekten gewährleisten. Aus diesem Grund müssen wir die Design- und Fertigungsregeln von PTH und NPTH berücksichtigen, die sich direkt auf die Qualität der Montage auswirken. Im Folgenden finden Sie die von FS Technology aufgelisteten Bohrregeln für die beiden:

Nicht plattierte Regeln für Durchgangsbohrungen:

  • Die Mindestgröße des Lochs sollte 6 mil betragen;
  • Der Mindestabstand von Lochkante zu Lochkante sollte 5 mils von den gesamten platzierten Oberflächenelementen betragen.
 

Geplattete Durchgangsbohrung Regeln:

  • Die Mindestgröße des ringförmigen Rings sollte 4 mil betragen.
  • Die Mindestgröße des gesamten Lochs sollte 6 mil betragen.
  • Der Mindestabstand von Lochkante zu Lochkante sollte 9 mils von den gesamten platzierten Oberflächenelementen betragen.
 
Im Allgemeinen sollten Sie die Größe des Bohrlochs, die Art der Vias, den Abstand und das Seitenverhältnis während des Prozesses der Entwicklung von DFM-Regeln und -Richtlinien für Bohrungen. Wenn Sie z.B. die DFM-Regeln so festlegen wollen, dass Sie Platz sparen, dann müssen Sie die Via-In-Pads verwenden.

Der Unterschied zwischen PHT und NPHT im Herstellungsprozess

Abgesehen von den Unterschieden in der Definition der beiden Verfahren können wir die beiden Durchgangslochverfahren anhand der folgenden Merkmale unterscheiden PCB-Herstellungsprozess. Das PTH-Lochbohren erfolgt vor dem Prozess des stromlosen Kupfers, während das NPTH-Lochbohren nach dem Prozess der Platte erfolgt.

Die Definition dieser beiden Elemente ist sehr einfach, aber ihre Umsetzung in einem PCB Montageprozess ist das, was sich als etwas schwierig erweist. Wenn ein PCBA-Hersteller beispielsweise eine Datei erhält, die ein Kupfer-Overlay-Pad enthält, das breiter ist als das Bohrloch, aber keinen Lötstopp aufweist, erscheint die Maske verwirrend. Der Hersteller muss sich entscheiden, ob er die Maske beschichten will oder nicht. Daher muss jeder Leiterplattendesigner die Gerber-Dateien sorgfältig prüfen, bevor er sie an den Hersteller weitergibt.

Nach dem Feedback der meisten PCBA-HerstellerWenn alle gebohrten Löcher mit Lötstoppmasken überlagert sind und größer sind als das gebohrte Loch, dann:

  • Diejenigen, die mit den Kupferleiterbahnen verbunden sind und breitere Kupferpads als die Bohrlöcher haben, können als durchkontaktierte Löcher bezeichnet werden;
  • Diejenigen ohne Kupfer sind als "Non-plated through hole" gekennzeichnet.

PTH/ NPTH Typische Anwendungen

Diese beiden Durchgangsloch-Technologien sind bei der Leiterplattenmontage weit verbreitet. PTH-Metalllöcher haben je nach ihrer Größe zwei Verwendungszwecke. Die größere Öffnung wird zum Löten von DIP-Komponenten verwendet, und die kleinere Öffnung wird als "Durchgangsloch" bezeichnet, das zum Verbinden von Kupferfolienleitungen zwischen PCB-Lagen verwendet wird. Die NPTH-Leiterplatte kann als Schraubloch verwendet werden, da sich kein Kupfer im Loch befindet. Im Folgenden finden Sie typische Anwendungen von PTH/NPTH:

  • Spannungsisolierung Luftspalte für Frässchlitze; Sie können leicht ausgetauscht werden, wenn elektrische Lichtbögen entstehen, die Komponenten durchbrennen.
  • Anschluss von rechteckigen Komponenten; zu diesen Komponenten gehören DC-Buchsen, die eine zuverlässige Anschlussverbindung benötigen.

Plated Through Hole Montageprozess

FS Technology steckt die Leitungen der DIP-Komponenten in die entsprechenden PCB plattierte Durchgangslöcher durch automatisierte Geräte:

  • Dioden & Widerstände Axialer Einfügeprozess
  • Elektrolytkondensatoren mit radialem Einschubverfahren
  • Ungewöhnliches Verfahren zum Einsetzen von Steckern, Transformatoren, etc.
  • Manueller Prozess, der für viele andere elektronische Komponenten verwendet wird
 

Nach dem Einsetzen der Bauteile erfolgt das Löten der durchkontaktierten Bauteile mit Hilfe der folgenden Lötverfahren und -techniken:

 
Obwohl die SMT-Bestückung eher den Anforderungen miniaturisierter elektronischer Geräte entspricht, bietet das Löten in der THT-Bestückung den Vorteil stärkerer Verbindungen. Das liegt ganz einfach daran, dass die Leitungen der elektronischen Komponenten durch die Leiterplatte geführt werden.

Versagen der durchkontaktierten PCB-Baugruppe

Über PCBA FehleranalyseWir wissen, dass die Montage ein komplexer und subtiler Prozess ist, bei dem jeder Fehler zum Scheitern der Montage führen kann. Im Folgenden sind die Fehler aufgeführt, die bei der PHT-Montage in der PCBA-Fabrik auftreten können:

  • Rissbildung im Fass
  • Mängel bei der Zusammenschaltung
  • Belastung durch thermische Auslenkung
  • Risse in der Folie
 

Aus der obigen Liste geht hervor, dass das größte Fehlerproblem, das bei durchkontaktierten Baugruppen auftritt, die Verbindungsfehler (ICD) sind. Diese entstehen durch mechanische Spannungen, die aus dem Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem System des PTH resultieren. Die Glasverstärkung des Fertigungssystems begrenzt die Materialausdehnung entlang der normalen X- und Y-Achse, so dass sich das Material entlang der verbleibenden uneingeschränkten Z-Achse schneller ausdehnen kann. Die Ausdehnungsbewegung führt zu adhäsiven Spannungen zwischen den Verbindungen und dem plattierten Kupfer, die zu einer Trennung führen können. Diese Spannung führt auch zu anderen Problemen, die bei der PTH PCB-Baugruppe.

Um solche Fehler zu beheben oder zu vermeiden, müssen Sie zunächst die beste Verkupferungsprozesse und Praktiken, und zweitens müssen Sie versuchen, die unten aufgeführten Lösungen zu adaptieren:

  • Achten Sie darauf, dass die Dicke des stromlosen Kupfers auf den miteinander verbundenen Kupferschichten gleich groß ist.
  • Vergewissern Sie sich, dass Sie eine solide Ablagerung von Kupferstrukturkorn haben.
  • Bei der Wahl des Harzmaterials sollte die Fähigkeit des Materials berücksichtigt werden, thermischen Belastungen standzuhalten, ohne sein Gewicht zu verlieren.
  • Stellen Sie sicher, dass Sie den Test des hohen Aspektverhältnisses durchführen, indem Sie die hergestellten Leiterplatten während der Prototypenbestückung wiederholten Erschütterungen aussetzen, um den Temperaturbereich zu kennen, in dem das Versagen der Leiterplatte auftritt.

Vorteile der PTH-Produktion

  • Prototyping-Verfahren speziell für die Breadboards
  • Ideal für PCB-Bestückungsprojekte in kleinen Serien
  • Wird verwendet, wenn eine robuste oder stärkere Befestigung benötigt wird, z. B. für Transformatorenbefestigungen.
  • Robuste und starke mechanische Verbindungen im Vergleich zur SMT-Montage.
  • Einfaches Reparieren und Ersetzen defekter elektronischer Komponenten mit der Hand statt des Austauschs ganzer Schaltkreise.
  • Das Verfahren ist sehr nützlich, wenn es um die Verwendung von sperrigen Bauteilen in der Schaltung geht.

Zusammenfassen

  • Bei der Durchkontaktierung werden Löcher auf der Leiterplatte gebohrt und galvanisch beschichtet, bevor die Bauteile angeschlossen werden;
  • PTH PCB hat breitere Kupferpads, während NPTH keine Kupferpads hat;
  • Die DIP-Bauteile werden entweder im axialen, radialen oder manuellen Bestückungsverfahren auf der Platine platziert;
  • PTH- und NPHT-Bauteile werden entweder durch Handlöten, Wellenlöten oder Selektivlöten in die Platine gelötet;
  • Unplattierte Durchgangslöcher haben eine Mindestgröße von 6 mil, während der Abstand von Kante zu Kante 5 mil betragen sollte.
  • Das plattierte Durchgangsloch hat eine Ringgröße von 6 mils, einen Abstand von Kante zu Kante von 9 mils und eine minimale Gesamtlochgröße von 6 mils.
  • Ausfälle können während der PTH PCBA-Verfahren aufgrund von Trommelrissen, Verbindungsfehlern, thermischen Ausschlägen und Folienrissen.
  • PTH und NPTH eignen sich für Anwendungen, die robuste Verbindungen, Prototypen und kleine Produktionsserien erfordern.