Teknologi lubang tembus adalah metode dasar untuk memasang suku cadang pada papan sirkuit tercetak dengan melewati timah melalui lubang yang dibor dan menyoldernya ke bantalan. Artikel ini menjelaskan lubang berlapis dan tidak berlapis, bagian padstack, ukuran dan kesesuaian lubang, jarak, aliran panas, metode perakitan, komponen, perbandingan SMT, titik keandalan, dan cacat dengan perbaikan, semuanya dalam langkah-langkah yang jelas dan terperinci di bawah ini.
Dasar-dasar Through-Hole dalam Desain PCB
Through-hole adalah metode pemasangan bagian pada papan sirkuit tercetak (PCB) dengan melewatkan kabel logamnya melalui lubang bor di papan. Kabel disolder ke bantalan tembaga, yang menciptakan pegangan mekanis yang kuat dan sambungan listrik yang jelas. Karena timah melewati ketebalan penuh PCB, sambungan solder dipegang di dalam papan, tidak hanya di permukaan. Ketika dinding lubang dilapisi dengan tembaga, lubang juga dapat menghubungkan lapisan tembaga di dalam papan.
Istilah umum:
• THT (Teknologi Through-Hole) - menggunakan lubang bor di PCB untuk memasang dan menghubungkan bagian-bagian.
• THM (Through-Hole Mounting) - nama lain untuk metode pemasangan yang sama.
Lubang Tembus Berlapis vs Tidak Berlapis
| Jenis Lubang | Nama Lengkap | Pelapisan Tembaga dalam Barel | Fungsi Utama |
|---|---|---|---|
| PTH | Berlapis Melalui Lubang | Iya | Menyediakan sambungan listrik dan mendukung komponen |
| NPTH | Lubang Tembus Tidak Berlapis | Tidak | Menyediakan pemasangan atau jarak bebas mekanis, tanpa konduksi |
Bagian dari Bantalan Lubang Tembus
• Lubang bor - bukaan di PCB yang dibuat oleh bor atau router, di mana timah melewatinya.
• Barel - tembaga di dinding lubang dalam lubang berlapis, yang memungkinkan arus mengalir antar lapisan.
• Bantalan luar (atas dan bawah) - area tembaga pada permukaan luar PCB tempat solder menempel pada timah.
• Bantalan lapisan dalam - area tembaga pada lapisan dalam yang terhubung ke jalur listrik yang sama dengan lubang.
• Cincin annular - cincin tembaga di sekitar lubang bor yang membuat bantalan tetap terhubung dan membantu mencegahnya putus.
Ukuran Lubang Melalui dan Lead Fit
Ukuran Lubang Tembus dan Lead Fit
Ukuran lubang pada bantalan lubang tembus harus sesuai dengan timah logam, tetapi seharusnya tidak sama. Lubang juga harus memberi ruang untuk pelapisan tembaga dan variasi bor normal. Jarak bebas ekstra kecil ditambahkan di atas diameter timah sehingga timah dapat meluncur dengan lancar, dan solder dapat mengalir di sekitarnya. Ini membantu sambungan tetap kokoh dan lebih mudah dirakit.
Jika lubangnya terlalu ketat
Ketika lubangnya terlalu kencang, timah sulit untuk didorong. Itu dapat mengikis tembaga, menekuk bantalan, atau memberi tekanan tinggi pada laras. Seiring waktu, tekanan ini dapat menyebabkan retakan pada tembaga atau membuat bantalan terangkat dari papan, yang dapat merusak sambungan.
Jika lubangnya terlalu longgar
Ketika lubang terlalu longgar, celah antara timah dan laras menjadi besar. Solder mungkin tidak mengisi ruang ini, sehingga fillet mungkin tipis atau lemah. Lead dapat condong ke satu sisi, memengaruhi pengujian dan membuat papan terlihat tidak rata. Dalam hal ini, sebagian besar kekuatan berasal dari solder saja, bukan dari kesesuaian yang pas antara timah dan lubang.
Perencanaan Padstack untuk Bantalan Lubang Tembus
Bantalan luar
Bantalan luar adalah area tembaga di bagian atas dan bawah papan di sekitar lubang. Mereka menyediakan ruang bagi solder untuk mengikat timah, membuat sambungan mudah dilihat dan diperiksa.
Koneksi lapisan dalam
Bantalan lapisan dalam menentukan lapisan tembaga mana di papan yang terhubung ke laras berlapis. Mereka memandu bagaimana daya dan sinyal bergerak melalui papan dan membantu menjaga jalur tetap jelas dan terkendali.
Anti-bantalan
Anti-bantalan adalah bukaan yang tepat tanpa tembaga di sekitar laras, dalam lapisan bidang tembaga pada jaring yang berbeda. Mereka menjaga laras agar tidak korsleting ke tembaga terdekat dan membantu mengontrol perilaku sinyal dan kebisingan yang tidak diinginkan.
Aturan lapisan
Aturan lapisan mengatur ukuran bantalan, jarak bebas, dan pola pelepasan termal pada setiap lapisan. Aturan ini menjaga jarak yang konsisten dan membantu bantalan memanas dan mendinginkan secara terkontrol selama penyolderan.
Konsistensi perpustakaan
Konsistensi perpustakaan berarti menggunakan tumpukan bantalan standar untuk ukuran prospek umum dan menjaga nama tetap jelas dan teratur. Ini memudahkan untuk mencocokkan jejak kaki, tumpukan bantalan, dan bagan pengeboran tanpa campur aduk.
Jarak dan Penempatan Bantalan Melalui Lubang
Jarak lubang-ke-lubang dan pad-ke-bantalan
• Sisakan ruang yang cukup agar fillet solder tidak menyentuh dan tidak membentuk jembatan antar bantalan.
• Titik awal yang umum adalah jarak tepi ke tepi sekitar 1,27 mm, tetapi nilai pastinya tergantung pada batas produsen PCB.
Jarak ke tepi papan
• Jauhkan bantalan dan lubang tembus dari tepi luar papan dan dari tab yang dapat dilepaskan.
• Jarak ekstra menurunkan kemungkinan bantalan akan retak atau putus saat papan dipotong dari panel.
Sinyal terdekat
• Hindari menempatkan banyak bantalan lubang tembus terlalu dekat dengan jejak digital cepat atau jejak analog yang sensitif.
• Arus dalam barel dan bidang tembaga dapat digabungkan ke jalur sinyal terdekat dan memengaruhi kualitas sinyal.
Relief termal dan aliran panas di sekitar bantalan lubang
Aliran panas dan bantalan yang sulit disolder
Ketika bantalan diikat langsung ke area tembaga yang besar, tembaga menarik panas selama penyolderan. Bantalan mungkin tidak cukup panas, dan solder mungkin tidak membasahi sambungan dengan benar.
Menggunakan relief termal
Relief termal menggunakan jari-jari tembaga tipis antara bantalan dan pesawat. Ini menjaga jalur listrik yang baik sekaligus memperlambat kehilangan panas, sehingga bantalan menghangat lebih cepat dan menyolder lebih mudah.
Menyeimbangkan tembaga di sekitar sambungan
Menjaga area tembaga yang serupa di kedua sisi timah membantu kedua sisi memanas pada tingkat yang sama. Ini mendukung aliran solder yang lebih halus dan sambungan yang lebih merata.
Perencanaan untuk suku cadang pembawa daya
Untuk bantalan yang membawa lebih banyak arus, gabungkan relief termal dengan tuangan tembaga dan vias termal. Ini menyebarkan panas sambil menjaga bantalan tetap dapat disolder dan stabil.
Metode Perakitan untuk Komponen Lubang Tembus
Penyolderan tangan
• Digunakan untuk prototipe, batch kecil, dan pekerjaan perbaikan.
• Memungkinkan kontrol yang cermat pada setiap sambungan tetapi lebih lambat daripada metode mesin.
Penyolderan gelombang
• PCB bergerak di atas "gelombang" solder cair yang mengalir di sisi bawah.
• Solder banyak sambungan secara bersamaan dan bekerja dengan baik ketika sebagian besar bagian berlubang.
Penyolderan selektif
• Menggunakan nosel solder kecil untuk menerapkan solder hanya pada bantalan dan pin yang dipilih.
• Cocok dengan papan campuran di mana satu sisi memiliki bagian SMT, dan sisi lainnya memiliki bagian lubang tembus, mengurangi masking dan membatasi panas pada bagian terdekat.
Jenis Komponen Lubang Tembus Umum
Konektor
Konektor lubang tembus digunakan di mana colokan, kabel, atau kabel membutuhkan jangkar yang kuat. Lead mereka melewati papan dan membantu mendistribusikan gaya tarik dan dorong antara sambungan solder, PCB, dan penutup, menjaga koneksi tetap stabil dari waktu ke waktu.
Bagian daya
Suku cadang daya seringkali memiliki massa yang lebih besar dan menghasilkan lebih banyak panas daripada suku cadang sinyal kecil. Pemasangan melalui lubang memberikan dukungan mekanis yang kuat di seluruh papan, dan perangkat keras tambahan, seperti sekrup atau klip, dapat digunakan dengan kabel untuk menjaga bagian-bagian ini tetap di tempatnya.
Kapasitor elektrolitik radial
Kapasitor elektrolit radial memberikan kapasitansi tinggi dalam jejak yang relatif kecil, dengan dua kabel yang melewati papan. Kabel lubang tembus membantu menjaga tubuh tetap stabil selama pengoperasian dan penyolderan, sehingga mendukung keandalan jangka panjang dalam jalur daya dan penyaringan.
Perintang aksial dan dioda
Resistor aksial dan dioda menggunakan kabel di kedua ujungnya, memungkinkannya menjangkau jarak yang lebih luas di papan. Pemasangan melalui lubang bekerja dengan baik untuk tata letak yang membutuhkan jarak timah yang lebih lama atau stand-off tegangan lebih tinggi, dan juga cocok untuk banyak gaya papan yang ramah perbaikan atau lebih lama.
Lubang Tembus Dibandingkan dengan Bagian Pemasangan di Permukaan
| Faktor desain | Lubang tembus | SMT (Teknologi Pemasangan Permukaan) |
|---|---|---|
| Beban mekanis | Dukungan kuat melalui dewan | Kapasitas beban yang lebih rendah tanpa titik dukungan tambahan |
| Kepadatan PCB | Kepadatan bagian yang lebih rendah | Kepadatan bagian yang lebih tinggi di satu atau kedua sisi |
| Pengerjaan ulang manual | Cocok untuk penyolderan tangan dan pertukaran suku cadang | Lebih sulit dengan bagian yang sangat kecil atau nada halus |
| Perakitan volume tinggi | Peralatan penyisipan lebih lambat | Proses pengambilan dan penempatan dan aliran ulang yang cepat |
| Papan tipis/ringkas | Kurang cocok untuk produk yang rapuh dan ringkas | Sangat cocok untuk tata letak yang ramping dan sangat ringkas |
Faktor Keandalan untuk Sambungan Solder Melalui Lubang
Kualitas fillet solder
Sambungan yang baik memiliki solder yang melilit dengan mulus di sekitar timah dan bantalan tanpa celah atau retakan. Permukaan yang kokoh dan rata membantu sambungan membawa arus dan menangani tekanan.
Pelapisan barel
Tembaga di dalam laras harus cukup tebal dan terikat kuat pada bantalan. Retakan atau pemisahan pada tembaga ini dapat merusak jalur listrik meskipun bagian luarnya terlihat normal.
Profil termal
Waktu dan suhu penyolderan harus diatur agar sambungan cukup panas untuk pembasahan yang baik tanpa bantalan atau tong yang terlalu panas. Terlalu sedikit panas mengakibatkan sendi lemah; Terlalu banyak dapat mengangkat bantalan atau merusak papan.
Dukungan mekanis
Bagian yang berat atau tinggi tidak boleh hanya mengandalkan kabel dan sambungan solder untuk mendukung. Dukungan ekstra yang membatasi gerakan menurunkan tekanan pada persendian dan membantunya bertahan lebih lama.
Cacat dan Perbaikan Lubang Tembus Umum
| Gejala | Kemungkinan penyebab | Perbaikan |
|---|---|---|
| Pembasahan yang buruk / sendi tumpul | Bantalan tidak cukup panas; fluks lemah atau tua | Tambahkan relief termal jika diperlukan, sesuaikan profil panas, dan gunakan fluks segar |
| Pin tidak berada di tengah/miring | Lubang terlalu besar; posisi bagian longgar | Gunakan ukuran lubang yang lebih kecil dan tingkatkan cara bagian dipegang selama penyolderan |
| Jembatan solder | Bantalan terlalu dekat; terlalu banyak solder | Tingkatkan jarak pad, sesuaikan pengaturan gelombang atau selektif, dan sempurnakan tata letak masker solder |
| Bantalan terangkat | Terlalu banyak panas atau pengerjaan ulang berulang | Menurunkan panas dan waktu penyolderan, membatasi pengerjaan ulang, dan menambahkan pelepas regangan yang lebih baik |
Kesimpulan
Detail lubang tembus dalam artikel ini mencakup lebih dari sekadar pengeboran dasar. Mereka menghubungkan jenis lubang, bentuk padstack, jarak, dan keseimbangan tembaga dengan seberapa baik sambungan menyolder dan bertahan dari waktu ke waktu. Metode perakitan dan suku cadang standar menunjukkan bahwa lubang tembus masih cocok di samping SMT pada papan modern. Pemeriksaan keandalan dan perbaikan cacat mengikat semuanya sehingga aturan yang sama dapat memandu sambungan yang stabil dari tata letak hingga produksi dan penggunaan lapangan jangka panjang.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Berapa ukuran lubang tembus minimum standar di PCB?
Ukuran bor minimum standar adalah sekitar 0,20–0,30 mm. Lubang yang lebih kecil dimungkinkan tetapi membutuhkan pemrosesan khusus.
Seberapa tebal pelapisan tembaga dalam lubang tembus berlapis?
Tembaga barel setebal beberapa puluh mikrometer, cukup untuk membawa arus dan menahan siklus termal.
Bagaimana solder bebas timbal memengaruhi penyolderan melalui lubang?
Solder bebas timbal meleleh pada suhu yang lebih tinggi, sehingga bantalan dan laras mengalami suhu yang lebih tinggi dan memerlukan profil yang dikontrol dengan hati-hati.
Bagaimana sambungan solder melalui lubang diperiksa kualitasnya?
Mereka diperiksa dengan inspeksi optik visual atau otomatis untuk bentuk fillet, pembasahan, dan posisi pin, dan terkadang dengan memotong papan sampel untuk pemeriksaan penampang.
Apa yang dilakukan lapisan konformal di sekitar lubang tembus?
Ini membentuk lapisan pelindung tipis di sekitar kabel dan bantalan untuk melindungi dari kelembaban dan kotoran, meninggalkan area bertopeng terbuka untuk kontak atau penyolderan nanti.
Bagaimana getaran mempengaruhi bagian lubang tembus?
Getaran membuat kabel dan sambungan solder bergerak bersama papan, yang dapat melelahkan sambungan jika gerakannya besar atau konstan. Dukungan tambahan dan papan yang lebih kaku membantu mengurangi stres.
