Was ist THT Assembly?

1. Überblick über Leiterplattenbestückung und Bauteiltypen

Ein Bauteil, das auf eine Leiterplatte (PCB) montiert wird, ist Teil der Leiterplattenbaugruppe. Die fertige Platine mit allen Teilen wird als Leiterplattenbaugruppe bezeichnet, oder PCBA. Es gibt zwei Hauptarten von Komponenten. SMD-Teile sind heute am weitesten verbreitet. THT-Teile sind die traditionelle Art.

2. Definition von THT

THT steht für Through-Hole-Technologie. Der Name sagt es schon: Diese Teile werden durch Löcher in der Leiterplatte montiert. Durch die Löcher können die Leitungen der Bauteile von einer Seite der Leiterplatte zur anderen geführt werden. Die Löcher werden in der Regel durch Beschichtung leitfähig gemacht. Bei dem beschichteten Metall handelt es sich häufig um Zink, Kupfer oder Silber. Dieses Metall bildet eine elektrische und mechanische Brücke zwischen den beiden Seiten der Leiterplatte. Die Bauteilanschlüsse können verlötet werden, damit die Verbindung stabil ist und nicht korrodiert.

3. THT-Montageverfahren

Einige Teile können von Hand in Löcher gelötet werden. Der übliche Weg ist jedoch die Verwendung einer Einlegeautomaten. Die Maschine schiebt die Anschlussdrähte des Teils durch das Loch und presst sie wie kleine Nieten zusammen. Das Ergebnis sieht sauber und einheitlich aus.

4. Hauptmerkmal der THT-Teile

Ein Merkmal vieler durchkontaktierter Teile ist, dass sie zerbrechlich sind. Sie können hitzeempfindlich sein. Wenn ein THT-Teil beim Löten zu heiß wird, kann die Verbindung versagen. Ein Fehler kann auftreten, weil nahe gelegene Leiterbahnen oder Lötstellen den Kontakt verlieren. In diesem Fall funktioniert die Platine möglicherweise nicht mehr, oder das Bauteil sitzt nicht fest genug, um zu halten.

5. Vorteile der THT-Teile

Auch wenn SMD-Bauteile THT in vielen Anwendungen ersetzt haben, haben durchkontaktierte Bauteile immer noch Vorteile. Hier sind die wichtigsten Vorteile:

Starker mechanischer Halt. Wenn ein Teil einer großen mechanischen Kraft widerstehen muss, ist die Durchsteckmontage stärker. Beispiele hierfür sind Klemmenleisten und schwere Steckverbinder.
Gut für hohe Ströme. Wenn die Leiterplatte große Ströme führen muss, können durchkontaktierte Bauteile Wärme und Strom oft besser bewältigen.
Gemischte Verwendung ist üblich. In den meisten komplexen Leiterplatten werden heute sowohl SMD- als auch THT-Bauteile zusammen verwendet.
Robuste mechanische Leistung. Durchkontaktierte Teile geben der Platine hervorragenden Halt.
Funktioniert gut bei hoher Leistung. Für Teile mit hoher Leistung kann THT zuverlässiger sein.
Niedrigere Kosten für die erstmalige Automatisierung. Bei kleinen Auflagen können die anfänglichen Kosten für die Einrichtung der Durchsteckmontage niedriger sein als bei einer vollständigen SMD-Linie.
Besser für große Teile. Wenn das Bauteil groß ist, ist die Durchsteckmontage oft die bessere Wahl.
Besser, wenn eine hohe Montagefestigkeit erforderlich ist. Für Teile, die unter Belastung fest fixiert bleiben müssen, sind Durchgangsbohrungen vorzuziehen.

6. Unterschiede zwischen SMT- und Through-Hole-Technologie

Begriffe wie SMD, THD, THT, SMT, THM, SOIC, QFN können neue Elektronikbastler verwirren. Aber die Ideen sind einfacher, als sie aussehen.

6.1 Grundlegende Begriffsunterscheidung

SM bedeutet Oberflächenmontage. TH bedeutet Durchgangsbohrung. Diese beiden Begriffe bezeichnen zwei Arten der Montage von Bauteilen auf einer Leiterplatte.
Ein Buchstabe nach SM oder TH kann für verschiedene Wörter stehen. T, D, M, C oder A können zum Beispiel Technologie, Gerät, Halterung, Komponente oder Baugruppe bedeuten. Die Leute benutzen sie ganz locker.
Beispiel: SMD-Bauteile werden für SMT-Verfahren hergestellt. Eine Platine, die sowohl SMD- als auch Durchsteckteile verwendet, wird als Mischtechnik-Platine.

6.2 Historischer Hintergrund und strukturelle Unterschiede

Zunächst waren alle Teile durchkontaktiert. Durchkontaktierte Teile haben Metallanschlüsse. Die Leitungen werden durch plattierte Löcher in der Platine geführt. Dann werden die Leitungen an Pads auf der gegenüberliegenden Seite angelötet. Das Bohren und Durchkontaktieren von Löchern nimmt wertvollen Platz auf der Leiterplattenoberfläche in Anspruch. Dies ist bei mehrlagigen Leiterplatten deutlicher zu erkennen. Das Bohren verbraucht Platz in allen Lagen.
Da der Platz immer knapper wurde, wuchs die Technologie der Oberflächenmontage. SMD-Teile trugen dazu bei, dass Geräte kleiner und tragbarer wurden. Ein oberflächenmontiertes Bauteil kann Leitungen haben oder nicht. Das Wichtigste ist, dass diese Teile auf der gleichen Seite gelötet werden, auf der auch der Bauteilkörper sitzt. Es können also beide Seiten der Platine für Bauteile verwendet werden. Es sind keine durchkontaktierten Löcher für jedes Bauteil erforderlich.

6.3 Platzsparendes Design: Vias

Um Leiterbahnen in inneren Lagen zu verbinden, können Designer Folgendes verwenden Durchkontaktierungen. Ein Via ist wie ein durchkontaktiertes Loch, nur viel kleiner. Vias können so bemessen sein, dass sie nur bestimmte Schichten verbinden. Sie benötigen weniger Platz als ein volles Durchkontaktierungsloch. Die Verwendung von Durchkontaktierungen spart Leiterplattenfläche. Dadurch passen SMD-Bauteile leichter in dieselbe Grundfläche.

6.4 Bauteilgröße und Montageanforderungen

SMD-Bauteile können viel kleiner sein als durchkontaktierte Teile. Leitungen können entfernt werden, und der Kontaktbereich kann das Ende des Bauteilkörpers sein. Dies ermöglicht sehr kleine Teile. Viele Bauteile sind heute in SMD-Gehäusen erhältlich. Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und LEDs sind alle als SMD erhältlich. Einige SMD-Bauteile sind so klein wie ein Sandkorn, wie die Gehäusegrößen 0201 oder 0603.
Kleinere Gehäuse sparen Platz. So können die Entwickler mehr Funktionen auf einer kleinen Platine unterbringen. Aber die geringe Größe kann die Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Das Löten winziger Teile erfordert hohe Präzision. In SMD-Bestückungslinien werden moderne Maschinen eingesetzt. Zu diesen Maschinen gehören Bestückungsroboter, Reflow-Öfen und kundenspezifische Schablonen. Diese Maschinen sind sehr teuer. Die SMD-Bestückung erfordert auch eine sorgfältige Prozesskontrolle.

6.5 Defektrisiko und Haltbarkeit

Aufgrund dieser Anforderungen können SMD-Bestückungslinien viele Defekte aufweisen, wenn sie nicht gut laufen. Die Fehler können schwer von Hand zu beheben sein. Die fertige Platine kann empfindlich sein. Die Hersteller müssen sie sorgfältig behandeln.
Im Gegensatz dazu haben Leiterplatten mit durchkontaktierten Bauteilen oft größere Lötstellen, die einen größeren Bereich abdecken. Diese großen Lötstellen machen die Leiterplatte widerstandsfähiger. Diese Widerstandsfähigkeit ist für militärische und industrielle Anwendungen nützlich. Sie trägt dazu bei, dass die Leiterplatte starken Erschütterungen und Vibrationen standhält.

6.6 Kostenvergleich

Die Kosten sind ein weiterer wichtiger Faktor. SMD-Bauteile kosten oft weniger als durchkontaktierte Teile. Aber die SMT-Bestückung kann in der Einrichtung teurer sein. Es werden große, präzise Maschinen benötigt.
Die Durchsteckmontage kann mit einem Lötkolben und einigen manuellen Werkzeugen für kleine Arbeiten durchgeführt werden. Dennoch kann das Handlöten vieler kleiner SMD-Teile lästig und langsam sein.
Für die Massenproduktion ist SMT schneller und billiger pro Stück. Bei Kleinserien oder Prototypen kann es sinnvoll sein, einen Teil der THT-Bestückung für die Handarbeit zu behalten.

6.7 Moderner Bewerbungsstatus

Der Hauptvorteil von SMT ist die hohe Bauteildichte und das geringere Produktvolumen. Durch das Streben nach kleineren und kompakteren Geräten wurden die Gehäusegrößen bis an die Grenze getrieben. In diesem modernen Zeitalter kann THT veraltet erscheinen. Dennoch waren die Vorhersagen über seinen Tod verfrüht. Die Durchstecktechnik und ihre Komponenten haben nach wie vor ihren Wert. Für viele Anwendungen sind sowohl die Durchsteck- als auch die Oberflächenmontage verfügbar und erschwinglich.

7. Wie man den richtigen PCB-Bestückungsprozess wählt

Die Wahl des richtigen PCB-Bestückungsverfahrens ist wichtig. Die Wahl beeinflusst die Fertigungseffizienz, die Kosten und die Leistung des Endprodukts.

Für die Leiterplattenbestückung werden hauptsächlich zwei Methoden verwendet: Oberflächenmontage und Durchsteckmontage. Die Oberflächenmontage ist die am häufigsten verwendete Methode. Die Durchsteckmontage ist heute weniger verbreitet. Dennoch ist die Durchsteckmontage in einigen Branchen weiterhin beliebt.

Ihre Wahl hängt von vielen Faktoren ab. Im Folgenden finden Sie einen kurzen Leitfaden, der Ihnen die Wahl erleichtern soll.

7.1 Leiterplattenbestückung: Oberflächenmontierte Technologie (SMT)

Die Oberflächenmontage ist die am weitesten verbreitete Methode der Leiterplattenbestückung. Sie wird in vielen elektronischen Geräten verwendet. Beispiele sind USB-Flash-Laufwerke, Smartphones, medizinische Geräte und tragbare Navigationssysteme.

SMT-Vorteile bei der Auswahl:

Mit SMT können Sie Produkte kleiner machen. Wenn der Platz auf der Platine knapp ist, ist SMT die beste Wahl. Dies gilt für Designs mit vielen Widerständen, Dioden und kleinen passiven Bauteilen.
SMT ermöglicht eine hohe Automatisierung. Dies führt zu einer schnelleren Leiterplattenmontage. Die hohe Automatisierung macht die Produktion großer Mengen kosteneffizient.
SMT ist flexibel und anpassbar. Wenn Sie spezielle Anforderungen haben, kann SMT diese gut erfüllen. Es kann kundenspezifische PCB-Designs unterstützen.
Bei der SMT-Bestückung können die Bauteile auf beiden Seiten der Leiterplatte angebracht werden. Durch die doppelseitige Bestückung können Sie komplexere Schaltungen herstellen, ohne die Leiterplattenfläche zu vergrößern.

7.2 PCB-Bestückung: Durchgangslochfertigung (THT)

Obwohl die Verwendung von Durchgangslöchern rückläufig ist, ist sie immer noch üblich.

THT-Vorteile bei der Auswahl:

Teile mit Durchgangslöchern passen in große Bauteile. Beispiele hierfür sind Transformatoren, Leistungshalbleiter und Elektrolytkondensatoren. Die Durchgangsbohrung sorgt für eine stärkere mechanische Verbindung zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte.
Aus diesem Grund bietet die Durchsteckmontage eine höhere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Diese zusätzliche Festigkeit macht die Methode zu einer guten Wahl für die Luft- und Raumfahrt und den militärischen Bereich.
Wenn Ihr Produkt im Einsatz hohen mechanischen oder umweltbedingten Belastungen standhalten muss, ist die Durchgangsbohrung oft die bessere Wahl.
Wenn das Produkt mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Zuverlässigkeit unter Belastung laufen muss, kann die Durchgangsbohrung geeignet sein.
Wenn das Produkt bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen arbeiten muss, kann die Festigkeit und Haltbarkeit von Durchgangsbohrungen besser sein.
Wenn das Produkt unter hohem Druck arbeiten und seine Leistung beibehalten muss, könnte die Durchgangsbohrung die richtige Wahl sein.

7.3 Hybridschalttafeln und gemischte Technologie

Da die Geräte immer kleiner und komplexer werden, benötigen viele Anwendungen beide Montagearten. Diese Kombination wird als gemischte Technologie.

Eine gemischte Leiterplatte verwendet SMD-Bauteile, wenn Miniaturisierung und Dichte wichtig sind. THT wird für Teile verwendet, die eine stärkere mechanische Unterstützung oder Stromführung benötigen. Viele moderne Produkte verwenden beides auf ein und derselben Platine.

7.4 Wichtige Faktoren, die bei der Entscheidung zu berücksichtigen sind

Dieser Leitfaden gibt Ihnen einen schnellen Überblick, um die richtige Montagemethode zu wählen. Doch andere Faktoren können die Entscheidung noch komplizierter machen.

Das sollten Sie berücksichtigen:

Die Größe und Form Ihrer Teile.
Der Strom, den sie tragen müssen.
Die mechanische Belastung, der das Produkt ausgesetzt wird.
Temperatur- und Umweltgrenzwerte.
Produktionsvolumen und Kostenziele.
Reparatur- und Nachbesserungsbedarf.
Zeit bis zur Markteinführung und Bedarf an Prototypen.

Für kleine Prototypen oder Reparaturen kann das manuelle Löten von Durchgangslöchern ausreichen. Für die Massenproduktion bietet die SMT-Technik in der Regel die besten Stückkosten und den kleinsten Formfaktor.

8. Allgemeine praktische Tipps

Verwenden Sie THT für schwere Steckverbinder und große Leistungsteile.
Verwenden Sie SMT für dichte Schaltungen, HF-Bauteile und winzige passive Bauelemente.
Verwenden Sie Durchkontaktierungen, um Lagen zu verbinden und Platz auf der Leiterplatte zu sparen.
Wenn ein Bauteil nur in Durchgangsbohrung erhältlich ist, planen Sie eine gemischte Leiterplatte oder verwenden Sie einen Adapter.
Wählen Sie für Prototypen die Methode, mit der Sie schnell testen können. Bei Großserien sollten Sie sich auf die Montagekosten und den Ertrag konzentrieren.
Wenn es auf Zuverlässigkeit ankommt, sollten Sie wegen der mechanischen Festigkeit auf durchkontaktierte Teile zurückgreifen. Wenn Größe und Gewicht eine Rolle spielen, sollten Sie SMT verwenden.

Zusammenfassung

Sowohl die Durchsteck- als auch die Oberflächenmontagetechnik haben ihre Stärken. Wählen Sie die Technologie, die Ihren Designzielen und Produktionsanforderungen entspricht. Wenn Ihr Produkt sowohl robust als auch kompakt sein muss, sollten Sie eine Leiterplatte mit gemischter Technologie planen.

Die Dienstleistungen für die Durchsteckmontage von Leiterplatten und die SMT-Bestückung sind weit verbreitet. Die Preise sind angemessen. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen Verfahrens benötigen, listen Sie Ihre Produktanforderungen und -grenzen auf. Vergleichen Sie dann die Optionen nach Kosten, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit.