Mikä on THT Assembly?

1. Yleiskatsaus PCB-kokoonpanoon ja komponenttityyppeihin

Painettuun piirilevyyn (PCB) asennettu komponentti on osa piirilevykokoonpanoa. Valmista levyä, jossa on kaikki osat, kutsutaan painetun piirilevyn kokoonpanoksi tai PCBA. Komponentteja on kahdenlaisia. SMD-osat ovat nykyään yleisimpiä. THT-osat ovat perinteisiä.

2. THT:n määritelmä

THT tarkoittaa Läpivientireikä-tekniikka. Nimi kertoo sen: nämä osat asennetaan piirilevyssä olevien reikien läpi. Reikien kautta osan johtimet kulkevat levyn toiselta puolelta toiselle. Reiät tehdään yleensä johtaviksi pinnoittamalla. Pinnoitettu metalli on usein sinkkiä, kuparia tai hopeaa. Tämä metalli muodostaa sähköisen ja mekaanisen sillan levyn kahden puolen välille. Osien johtimet voidaan juottaa, jotta liitos on vahva eikä se syöpynyt.

3. THT-kokoonpanomenetelmät

Jotkin osat voidaan juottaa reikiin käsin. Silti tavallinen tapa on käyttää automaattinen työntölaite. Kone työntää osan johdot reiän läpi ja kiinnittää johdot pienten niittien tavoin. Tulos näyttää siistiltä ja johdonmukaiselta.

4. THT-osien tärkeimmät ominaisuudet

Yksi monien läpireikäisten osien ominaispiirre on, että ne ovat hauraita. Ne voivat olla herkkiä lämmölle. Jos THT-osa kuumenee liikaa juottamisen aikana, liitos voi pettää. Vika voi johtua siitä, että läheiset jäljet tai juotosliitokset menettävät kosketuksen. Jos näin tapahtuu, levy voi lakata toimimasta tai osaa ei ehkä saada kiinnitettyä tarpeeksi tiukasti.

5. THT-osien edut

Vaikka SMD-osat ovat monissa käyttötarkoituksissa korvanneet THT-osat, läpireikäosilla on edelleen etuja. Tässä ovat tärkeimmät edut:

Vahva mekaaninen pito. Kun osan on kestettävä paljon mekaanista voimaa, läpireikäasennus on vahvempi. Esimerkkejä ovat päätelaitteet ja raskaat liittimet.
Hyvä suurille virroille. Jos piirilevyn on kestettävä suuria virtoja, läpireikäiset osat kestävät usein lämpöä ja virtaa paremmin.
Sekakäyttö on yleistä. Useimmissa monimutkaisissa piirilevyissä käytetään nykyään sekä SMD- että THT-osia yhdessä.
Vankka mekaaninen suorituskyky. Läpirei'itetyt osat antavat levylle erinomaisen pidon.
Toimii hyvin suurille tehoille. Suuritehoisille osille THT voi olla luotettavampi.
Alhaisemmat ensimmäisen automaation kustannukset. Pienissä sarjoissa läpireikäkokoonpanon perustamiskustannukset voivat olla alhaisemmat kuin täyden SMD-linjan perustamiskustannukset.
Parempi suurille osille. Jos komponentti on suuri, läpireikäasennus on usein parempi vaihtoehto.
Parempi, kun tarvitaan suurta kiinnityslujuutta. Kun on kyse osista, joiden on pysyttävä lujasti kiinnitettyinä myös rasituksessa, läpivientireikä on suositeltavampi.

6. SMT- ja läpivientitekniikan erot

Termit kuten SMD, THD, THT, SMT, THM, SOIC, QFN voivat hämmentää uusia elektroniikan harrastajia. Mutta ideat ovat yksinkertaisempia kuin miltä ne näyttävät.

6.1 Perustermien erottelu

SM tarkoittaa pinta-asennusta. TH tarkoittaa läpireikää. Nämä kaksi termiä viittaavat kahteen tapaan kiinnittää komponentteja piirilevylle.
SM:n tai TH:n jälkeen oleva kirjain voi tarkoittaa eri sanoja. Esimerkiksi T, D, M, C tai A voi tarkoittaa teknologiaa, laitetta, kiinnitystä, komponenttia tai kokoonpanoa. Ihmiset käyttävät niitä väljästi.
Esimerkki: SMD-osat valmistetaan SMT-prosesseja varten. Piirilevyä, jossa käytetään sekä SMD- että läpireikäosia, kutsutaan nimellä sekateknologia-alusta.

6.2 Historiallinen tausta ja rakenteelliset erot

Aluksi kaikki osat olivat läpireikiä. Läpireikäisissä osissa on metallijohtimet. Johtimet kulkevat levyssä olevien pinnoitettujen reikien läpi. Sitten johdot juotetaan vastakkaisella puolella oleviin tyynyihin. Läpivientireikien poraaminen ja pinnoittaminen vievät arvokasta tilaa piirilevyn pinnalta. Tämä näkyy selvemmin monikerroksisissa levyissä. Poraus kuluttaa tilaa kaikkien kerrosten läpi.
Tilan rajallisuuden lisääntyessä pinta-asennustekniikka kasvoi. SMD-osat auttoivat tekemään pienempiä ja kannettavampia laitteita. Pintaliitososassa voi olla johtimia tai ei. Tärkeintä on, että nämä osat juotetaan samalle puolelle, jossa osan runko sijaitsee. Näin ollen piirilevyn molempia puolia voidaan käyttää osiin. Kullekin komponentille ei tarvita pinnoitettua läpireikää.

6.3 Tilaa säästävä suunnittelu: Vias

Sisempien kerrosten jälkien yhdistämiseen suunnittelijat voivat käyttää seuraavia keinoja läpiviennit. Läpivienti on kuin päällystetty läpivientireikä, mutta paljon pienempi. Läpiviennit voidaan mitoittaa yhdistämään vain tiettyjä kerroksia. Ne vievät vähemmän tilaa kuin kokonaan pinnoitettu läpivientireikä. Läpivientien käyttö säästää piirilevyn pinta-alaa. Näin SMD-osat mahtuvat helpommin samaan tilaan.

6.4 Komponenttien koko ja kokoonpanovaatimukset

SMD-osat voivat olla paljon pienempiä kuin läpireikäosat. Johtimet voidaan poistaa ja kosketusalue voi olla osan rungon pää. Tämä mahdollistaa hyvin pienet osat. Monet komponentit ovat nykyään SMD-koteloissa. Vastukset, kondensaattorit, induktorit ja LEDit ovat kaikki SMD-pakkauksia. Jotkut SMD-osat ovat hiekanjyvän kokoisia, kuten 0201- tai 0603-pakettikoot.
Pienemmät pakkaukset säästävät tilaa. Niiden ansiosta suunnittelijat voivat pakata enemmän toimintoja pieneen piirilevyyn. Pieni koko voi kuitenkin haitata luotettavuutta. Pienten osien juottaminen vaatii suurta tarkkuutta. SMD-kokoonpanolinjoilla käytetään kehittyneitä koneita. Näihin koneisiin kuuluvat pick-and-place-robotit, reflow-uunit ja räätälöidyt kaavat. Koneet maksavat paljon. SMD-kokoonpano vaatii myös huolellista prosessinohjausta.

6.5 Virheriski ja kestävyys

Näiden tarpeiden vuoksi SMD-kokoonpanolinjoissa voi esiintyä monia vikoja, jos niitä ei ajeta hyvin. Vikoja voi olla vaikea korjata käsin. Valmis levy voi olla herkkä. Valmistajien on käsiteltävä sitä huolellisesti.
Sen sijaan läpireikäosilla varustetuissa levyissä on usein suurempia juotosliitoksia, jotka kattavat laajemman alueen. Nämä suuret liitokset tekevät levystä kestävämmän. Tämä sitkeys on hyödyllistä sotilas- ja teollisuuskäyttöön. Se auttaa levyä kestämään voimakkaita iskuja ja tärinää.

6.6 Kustannusten vertailu

Kustannukset ovat toinen tärkeä tekijä. SMD-komponentit maksavat usein vähemmän kuin läpireikäosat. SMT-kokoonpano voi kuitenkin olla kalliimpaa toteuttaa. Siihen tarvitaan suuria ja tarkkoja koneita.
Läpireikäkokoonpano voidaan tehdä juotosraudalla ja muutamalla käsityökalulla pienissä töissä. Silti monien pienten SMD-osien juottaminen käsin voi olla ärsyttävää ja hidasta.
Massatuotannossa SMT on nopeampi ja halvempi yksikköä kohden. Pienissä sarjoissa tai prototyypeissä voi olla järkevää säilyttää osa THT-kokoonpanosta käsityötä varten.

6.7 Nykyaikaisen sovelluksen tila

SMT:n tärkein etu on suuri komponenttitiheys ja pienempi tuotevolyymi. Pyrkimys pienempiin ja tiiviimpiin laitteisiin ajoi pakkauskoot äärirajoille. Tänä nykyaikana THT voi tuntua vanhentuneelta. Ennusteet sen kuolemasta olivat kuitenkin ennenaikaisia. Läpireikätekniikalla ja -komponenteilla on edelleen arvoa. Moniin käyttötarkoituksiin on saatavilla sekä läpireikä- että pinta-asennuspalveluja, ja ne ovat edullisia.

7. Kuinka valita oikea PCB-kokoonpanoprosessi

Oikean PCB-kokoonpanoprosessin valitseminen on tärkeää. Valinta vaikuttaa valmistuksen tehokkuuteen, kustannuksiin ja lopputuotteen suorituskykyyn.

Piirilevyjen kokoonpanossa käytetään kahta päämenetelmää: pinta-asennustekniikkaa ja läpivientikokoonpanoa. Pinta-asennus on käytetyin menetelmä. Läpivienti on nykyään harvinaisempi. Silti läpivienti on edelleen suosittu joillakin teollisuudenaloilla.

Valintasi riippuu monista tekijöistä. Alla on lyhyt opas, joka auttaa sinua valitsemaan.

7.1 PCB-kokoonpano: Pinta-asennustekniikka (SMT)

Pinta-asennustekniikka on yleisin PCB-kokoonpanomenetelmä. Sitä käytetään monissa elektroniikkalaitteissa. Esimerkkejä ovat USB-muistitikut, älypuhelimet, lääkinnälliset laitteet ja kannettavat navigointijärjestelmät.

SMT:n edut valinnassa:

SMT:n avulla voit tehdä tuotteista pienempiä. Jos piirilevytila on tiukka, SMT on paras valinta. Tämä pätee malleissa, joissa on paljon vastuksia, diodeja ja pieniä passiivisia osia.
SMT mahdollistaa korkean automaation. Tämä nopeuttaa levyn kokoonpanoa. Korkea automaatio tekee suurten volyymien tuotannosta kustannustehokasta.
SMT on joustava ja muokattavissa. Jos sinulla on erityistarpeita, SMT pystyy vastaamaan niihin hyvin. Se voi tukea mukautettuja PCB-malleja.
SMT mahdollistaa osien sijoittamisen piirilevyn molemmille puolille. Kaksipuolisen kokoonpanon avulla voit tehdä monimutkaisempia piirejä ilman, että piirilevyn pinta-ala kasvaa.

7.2 PCB-kokoonpano: Läpivientireikävalmistus (THT)

Vaikka läpireikien käyttö vähenee, se on edelleen yleistä.

THT:n edut valinnassa:

Läpireikäiset osat sopivat suuriin komponentteihin. Esimerkkejä ovat muuntajat, tehopuolijohteet ja elektrolyyttikondensaattorit. Läpireiät antavat vahvemman mekaanisen sidoksen osan ja levyn välille.
Tämän vuoksi läpireikäkokoonpano tarjoaa suuremman kestävyyden ja luotettavuuden. Tämä lisälujuus tekee menetelmästä hyvän valinnan ilmailu- ja avaruusalalle sekä sotilasalalle.
Jos tuotteesi on kestettävä kovaa mekaanista tai ympäristöön kohdistuvaa rasitusta käytössä, läpireikä on usein parempi valinta.
Jos tuotteen on toimittava suurella nopeudella ja erittäin luotettavasti rasituksessa, läpireikä voi olla sopiva ratkaisu.
Jos tuotteen on toimittava erittäin korkeissa tai erittäin alhaisissa lämpötiloissa, läpireiän lujuus ja kestävyys voivat olla parempia.
Jos tuotteen on toimittava korkeassa paineessa ja säilytettävä suorituskyky, läpireikä saattaa olla oikea ratkaisu.

7.3 Hybridilevyt ja sekatekniikka

Koska laitteet ovat yhä pienempiä ja monimutkaisempia, monissa sovelluksissa tarvitaan molempia kokoonpanotyyppejä. Tätä yhdistelmää kutsutaan sekatekniikka.

Yhdistelmälevyissä käytetään SMD-osia, joissa miniatyrisoinnilla ja tiheydellä on merkitystä. Siinä käytetään THT:tä osiin, jotka tarvitsevat vahvempaa mekaanista tukea tai virran käsittelyä. Monissa nykyaikaisissa tuotteissa käytetään molempia samassa levyssä.

7.4 Päätöksenteossa huomioon otettavat avaintekijät

Tämä opas antaa nopean yleiskuvan, joka auttaa sinua valitsemaan oikean kokoonpanomenetelmän. Muut tekijät voivat kuitenkin tehdä päätöksestä monimutkaisemman.

Kannattaa harkita:

Osien koko ja muoto.
Virta, jota niiden on kannettava.
Tuotteeseen kohdistuva mekaaninen rasitus.
Lämpötila- ja ympäristörajat.
Tuotantomäärä- ja kustannustavoitteet.
Korjaus- ja uudelleentyöstötarpeet.
Markkinoille saattamisen aika ja prototyyppien kehittämistarpeet.

Pienissä prototyypeissä tai korjauksissa manuaalinen läpijuotos voi olla hyvä ratkaisu. Massatuotannossa SMT-juottaminen on yleensä paras yksikkökohtainen kustannus ja pienin muototekijä.

8. Yleisiä käytännön vinkkejä

Käytä THT:tä raskaille liittimille ja suurille teho-osille.
Käytä SMT:tä tiheisiin piireihin, RF-osiin ja pieniin passiivisiin komponentteihin.
Käytä läpivientejä yhdistämään kerroksia ja säästämään levytilaa.
Jos osa on saatavana vain läpireikäisenä, suunnittele sekoitettu levy tai käytä sovitinta.
Valitse prototyyppejä varten menetelmä, jonka avulla voit testata nopeasti. Suurissa sarjoissa keskity kokoonpanokustannuksiin ja tuottoon.
Kun luotettavuus on ratkaisevan tärkeää, kannattaa käyttää läpireikäisiä osia mekaanisen lujuuden varmistamiseksi. Jos koko- ja painorajoituksia on noudatettava, kannattaa käyttää SMT-osia.

Yhteenveto

Sekä läpivienti- että pinta-asennustekniikoilla on omat vahvuutensa. Valitse se, joka vastaa suunnittelutavoitteitasi ja tuotantotarpeitasi. Jos tuotteesi tarvitsee sekä lujuutta että pienikokoisuutta, suunnittele sekatekniikkalevy.

Läpireikä PCB-kokoonpano ja SMT-kokoonpanopalvelut ovat laajalti saatavilla. Hinnat ovat kohtuulliset. Jos tarvitset apua oikean prosessin valinnassa, listaa tuotetarpeesi ja -rajoituksesi. Vertaile sitten vaihtoehtoja kustannusten, luotettavuuden ja valmistettavuuden perusteella.