THT Assembly là gì?

1. Tổng quan về lắp ráp mạch in (PCB) và các loại linh kiện

2. Định nghĩa về THT

3. Phương pháp lắp ráp THT

4. Tính năng chính của các bộ phận THT

5. Ưu điểm của các bộ phận THT

• Khả năng chịu lực cơ học cao. Khi một bộ phận cần chịu lực cơ học lớn, phương pháp lắp đặt qua lỗ (through-hole mounting) có độ bền cao hơn. Các ví dụ bao gồm khối đầu cuối (terminal blocks) và các kết nối nặng (heavy connectors).
• Phù hợp cho dòng điện cao. Nếu bảng mạch phải chịu dòng điện lớn, các linh kiện lỗ thông thường xử lý nhiệt và dòng điện tốt hơn.
• Sử dụng kết hợp là phổ biến. Hầu hết các mạch in phức tạp (PCB) hiện nay đều sử dụng cả linh kiện SMD và THT cùng nhau.
• Hiệu suất cơ học vững chắc. Các linh kiện lỗ thông qua cung cấp độ bám chắc chắn cho bảng mạch.
• Hoạt động tốt cho các ứng dụng công suất cao. Đối với các linh kiện công suất cao, THT có thể đáng tin cậy hơn.
• Giảm chi phí tự động hóa lần đầu. Đối với các đơn hàng nhỏ, chi phí ban đầu để thiết lập quy trình lắp ráp qua lỗ có thể thấp hơn so với một dây chuyền SMD hoàn chỉnh.
• Phù hợp hơn cho các bộ phận lớn. Nếu bộ phận có kích thước lớn, việc lắp đặt qua lỗ thường là lựa chọn tốt hơn.
• Phù hợp hơn khi cần độ bám dính cao. Đối với các bộ phận cần được cố định chắc chắn dưới tác động của lực, lỗ xuyên qua được ưa chuộng.

6. Sự khác biệt giữa công nghệ SMT và công nghệ lỗ thông qua

6.1 Phân biệt các thuật ngữ cơ bản

• SM có nghĩa là lắp đặt trên bề mặt. TH có nghĩa là lỗ thông qua. Hai thuật ngữ này chỉ hai cách để lắp đặt linh kiện trên bảng mạch in (PCB).
• Chữ cái sau SM hoặc TH có thể đại diện cho các từ khác nhau. Ví dụ, T, D, M, C hoặc A có thể có nghĩa là công nghệ, thiết bị, giá đỡ, linh kiện hoặc cụm linh kiện. Mọi người sử dụng chúng một cách linh hoạt.
• Ví dụ: Các linh kiện SMD được thiết kế cho quy trình SMT. Một bảng mạch sử dụng cả linh kiện SMD và linh kiện lỗ thông qua được gọi là một Bảng mạch công nghệ hỗn hợp.

6.2 Bối cảnh lịch sử & Sự khác biệt về cấu trúc

• Ban đầu, tất cả các linh kiện đều là loại qua lỗ. Linh kiện qua lỗ có các chân kim loại. Các chân này đi qua các lỗ mạ trên bảng mạch. Sau đó, các chân được hàn vào các pad ở mặt đối diện. Việc khoan và mạ lỗ qua chiếm dụng không gian quý giá trên bề mặt PCB. Điều này rõ ràng hơn trên các bảng mạch nhiều lớp. Việc khoan chiếm dụng không gian qua tất cả các lớp.
• Khi không gian trở nên hạn chế hơn, công nghệ hàn bề mặt (Surface-Mount Technology - SMT) đã phát triển. Các linh kiện SMD đã giúp tạo ra các thiết bị nhỏ gọn và di động hơn. Một linh kiện hàn bề mặt có thể có hoặc không có chân. Điểm chính là các linh kiện này được hàn trên cùng một mặt với mặt thân linh kiện. Do đó, cả hai mặt của bảng mạch đều có thể được sử dụng để lắp đặt linh kiện. Không cần phải có lỗ hàn mạ cho từng linh kiện.

6.3 Thiết kế tiết kiệm không gian: Vias

6.4 Kích thước thành phần và yêu cầu lắp ráp

• Các linh kiện SMD có thể nhỏ hơn nhiều so với các linh kiện lỗ thông. Các chân dẫn có thể được loại bỏ và diện tích tiếp xúc có thể là phần cuối của thân linh kiện. Điều này cho phép sản xuất các linh kiện cực kỳ nhỏ. Nhiều linh kiện hiện nay được đóng gói dưới dạng SMD. Các linh kiện như điện trở, tụ điện, cuộn cảm và đèn LED đều có dạng SMD. Một số linh kiện SMD có kích thước nhỏ như hạt cát, ví dụ như các kích thước gói 0201 hoặc 0603.
• Các gói nhỏ hơn giúp tiết kiệm không gian. Chúng cho phép các nhà thiết kế tích hợp nhiều chức năng hơn vào một bo mạch nhỏ. Tuy nhiên, kích thước nhỏ có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy. Việc hàn các linh kiện nhỏ đòi hỏi độ chính xác cao. Các dây chuyền lắp ráp SMD sử dụng máy móc tiên tiến. Các máy móc này bao gồm robot đặt linh kiện, lò hàn chảy và khuôn mẫu tùy chỉnh. Các máy móc này có chi phí cao. Quy trình lắp ráp SMD cũng đòi hỏi kiểm soát quy trình cẩn thận.

6.5 Rủi ro lỗi và độ bền

• Do những yêu cầu đó, các dây chuyền lắp ráp SMD có thể xuất hiện nhiều lỗi nếu không được vận hành đúng cách. Các lỗi này có thể khó khắc phục bằng tay. Bo mạch hoàn thiện có thể rất nhạy cảm. Các nhà sản xuất phải xử lý nó một cách cẩn thận.
• Ngược lại, các bảng mạch sử dụng linh kiện lỗ thông thường có các mối hàn lớn hơn, phủ một diện tích rộng hơn. Các mối hàn lớn này làm cho bảng mạch trở nên bền bỉ hơn. Độ bền này rất hữu ích cho các ứng dụng quân sự và công nghiệp. Nó giúp bảng mạch chịu được các tác động mạnh và rung động.

6.6 So sánh chi phí

• Chi phí là một yếu tố quan trọng khác. Các linh kiện SMD thường có giá thành thấp hơn so với các linh kiện lắp qua lỗ. Tuy nhiên, việc lắp ráp SMT có thể tốn kém hơn để thiết lập. Nó đòi hỏi các máy móc lớn và chính xác.
• Lắp ráp qua lỗ có thể được thực hiện bằng máy hàn và một số công cụ thủ công cho các công việc nhỏ. Tuy nhiên, hàn tay nhiều linh kiện SMD nhỏ có thể gây phiền phức và tốn thời gian.
• Đối với sản xuất hàng loạt, SMT nhanh hơn và rẻ hơn mỗi đơn vị. Đối với các lô nhỏ hoặc mẫu thử, việc giữ lại một số quy trình lắp ráp THT cho công việc thủ công có thể là lựa chọn hợp lý.

6.7 Trạng thái ứng dụng hiện đại

7. Cách chọn quy trình lắp ráp PCB phù hợp

7.1 Lắp ráp mạch in (PCB): Công nghệ hàn bề mặt (SMT)

• SMT cho phép bạn sản xuất các sản phẩm nhỏ gọn hơn. Khi không gian trên bảng mạch hạn chế, SMT là lựa chọn tối ưu. Điều này đặc biệt đúng đối với các thiết kế có nhiều điện trở, điốt và các linh kiện thụ động nhỏ.
• SMT cho phép tự động hóa cao. Điều này dẫn đến việc lắp ráp bảng mạch nhanh hơn. Tự động hóa cao giúp sản xuất số lượng lớn trở nên hiệu quả về chi phí.
• SMT linh hoạt và có thể tùy chỉnh. Nếu bạn có nhu cầu đặc biệt, SMT có thể đáp ứng tốt. Nó có thể hỗ trợ thiết kế PCB tùy chỉnh.
• SMT cho phép đặt linh kiện trên cả hai mặt của bảng mạch in (PCB). Lắp ráp hai mặt cho phép bạn tạo ra các mạch phức tạp hơn mà không cần tăng diện tích bảng mạch.

7.2 Lắp ráp mạch in (PCB): Sản xuất lỗ thông (THT)

• Các linh kiện lỗ thông qua phù hợp với các thành phần lớn. Ví dụ bao gồm biến áp, linh kiện bán dẫn công suất và tụ điện điện phân. Kỹ thuật lỗ thông qua tạo ra liên kết cơ học chắc chắn hơn giữa linh kiện và bảng mạch.
• Do đó, phương pháp lắp ráp qua lỗ (through-hole assembly) mang lại độ bền và độ tin cậy cao hơn. Độ bền bổ sung này khiến phương pháp này trở thành lựa chọn phù hợp cho các ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng.
• Nếu sản phẩm của bạn phải chịu được áp lực cơ học hoặc môi trường cao trong quá trình sử dụng, lỗ xuyên qua thường là lựa chọn tốt hơn.
• Nếu sản phẩm cần hoạt động ở tốc độ cao và độ tin cậy cao trong điều kiện tải nặng, lỗ xuyên qua có thể là lựa chọn phù hợp.
• Nếu sản phẩm phải hoạt động ở nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp, độ bền và độ bền của lỗ thông qua có thể tốt hơn.
• Nếu sản phẩm phải hoạt động dưới áp suất cao và duy trì hiệu suất, lỗ xuyên qua có thể là lựa chọn phù hợp.

7.3 Bảng mạch lai và công nghệ hỗn hợp

7.4 Các yếu tố quan trọng cần xem xét khi đưa ra quyết định

• Kích thước và hình dạng của các bộ phận của bạn.
• Dòng điện mà họ phải mang theo.
• Áp lực cơ học mà sản phẩm sẽ phải chịu.
• Giới hạn nhiệt độ và môi trường.
• Mục tiêu về sản lượng và chi phí sản xuất.
• Các nhu cầu sửa chữa và gia công lại.
• Thời gian đưa sản phẩm ra thị trường và nhu cầu về mẫu thử.

8. Những mẹo thực tế phổ biến

• Sử dụng THT cho các kết nối nặng và các bộ phận nguồn điện lớn.
• Sử dụng SMT cho mạch dày đặc, linh kiện RF và linh kiện thụ động nhỏ.
• Sử dụng vias để kết nối các lớp và tiết kiệm không gian trên bảng mạch.
• Nếu một linh kiện chỉ có sẵn dưới dạng lỗ thông qua, hãy thiết kế mạch in hỗn hợp hoặc sử dụng bộ chuyển đổi.
• Đối với các mẫu thử nghiệm, hãy chọn phương pháp cho phép bạn kiểm tra nhanh chóng. Đối với sản xuất hàng loạt, hãy tập trung vào chi phí lắp ráp và hiệu suất sản xuất.
• Khi độ tin cậy là yếu tố quan trọng, hãy ưu tiên sử dụng các linh kiện lỗ thông qua (through-hole) để đảm bảo độ bền cơ học. Đối với các giới hạn về kích thước và trọng lượng, hãy sử dụng công nghệ hàn bề mặt (SMT).

Tóm tắt