Läbi Augu Tehnoloogia

Elektroonikas läbi augu tehnoloogia, läbi augu paigaldamine või THT komponentide montaaž (ingl. Through-hole technology - THT, Through-hole mounting - THM) on elektroonikaseadmete tootmise protsess, kus elektrooniliste komponentide väljundid paigaldatakse trükkplaatidele läbi avade ja joodetakse nende külge. Läbi augu komponendid võivad hõlmata erinevaid elektroonikaseadmete osi nagu takistid, kondensaatorid, dioodid ja lülitid.

MOS6581 heli kiip. Ülevalt on nähtavad takistid (R), ferriidifiltrid (FB) ja kondensaatorid (C), keskel integraalskeemid (U)

Trükplaat läbi augu tehnoloogia kondensaatoritega, takistitega ja integraalskeemidega

THT montaažitehnika on olnud üks peamisi elektroonikaseadmete tootmise meetodeid, kuigi viimastel aastakümnetel on see osaliselt asendatud SMT (ingl. Surface-mount technology) meetodiga, eriti väikeste ja tihedalt paigutatud komponentide puhul. Siiski kasutatakse THT-d endiselt laialdaselt erinevates rakendustes, eriti suuremate ja võimsamate komponentide paigaldamisel või rakendustes, kus nõutakse suuremat mehaanilist stabiilsust ja kuumakindlust.

Selle protsessi hiljutises arengus kantakse ava jootepastaga ja väljundid surutakse läbi selle pasta. Seejärel kuumutatakse kogu PCB (ingl. Printed Circuit Board) ahjus - seda nimetatakse pin-in-paste jootmiseks. See võimaldab toota plaate, mis on segu läbi augu ja pinnakinnituse tehnoloogiatest ühe protsessi raames.

Ajalugu

Läbi augu monteerimine hakkas levima kui peamine meetod elektroonikakomponentide paigaldamiseks 1950-ndatel aastatel. See trükkplaatidele komponentide kinnitamise tehnoloogia oli märkimisväärne edasiminek elektroonika tootmises, võimaldades elektroonikaseadmete tõhusamat ja usaldusväärsemat kokkupanekut võrreldes selle eelkäijaga - point-to-point tootmisprotsessiga, kus komponentide väljundid joodeti kokku üksteise külge või kasutades ühendavaid juhtmeid.

1960. aastad: töötati välja ja võeti kasutusele esimesed automatiseeritud läbi augu komponentide sisestamise ja jootmise masinad. Need masinad oluliselt parandasid tootmise efektiivsust, automatiseerides komponentide paigutamise trükkplaadi aukudesse ja jootmise.

1970. aastad: see kümnend tähistas THT protsesside märkimisväärseid edusamme, sealhulgas jootmistehnikate ja materjalide täiustamist, mis tõid kaasa elektrooniliste toodete kõrgema kvaliteedi ja töökindluse.

1980. aastad: jätkas läbi augu tehnoloogia areng koos uute komponentide kujunduse ja tootmisprotsesside kasutuselevõtuga. Sel kümnendil töötati välja komponentide standardiseerimine erinevate valdkondade jaoks.

1990. aastad: Surface Mount Technology sai domineerivaks montaaži meetodiks, kuid THT-l oli elektroonika tootmises jätkuvalt oluline roll. Selle kümnendi jooksul täiustati läbi augu tehnoloogia tehnikaid veelgi, et need vastaksid arenevatele valdkonnas nõuetele, näiteks rakendustele lennunduses, autotööstuses ja tööstussektoris.

Pakendid

Läbi aukude tehnoloogia hõlmab erinevaid pakenditüüpe, millest igaüks on mõeldud konkreetsete elektrooniliste komponentide jaoks. Siin on mõned tavalised läbi augu tehnoloogia pakendid:

Integraalskeemid DIP pakendis

Takistid Axial Lead pakendis

• Dual in-line package (DIP): DIP pakendid koosnevad kahest paralleelsest väljundite reast, mis ulatuvad pakendi korpusest ja mis sisestatakse trükplaadi vastavatesse aukudesse. DIP pakendid kasutatakse tavaliselt integraallülitustes (IC), näiteks mikrokontrollerite, operatsioonivõimendite ja mälukiipide jaoks.
• Single In-Line Package (SIP): on sarnane DIP-iga ning koosneb ühest väljundite reast. Neid kasutatakse sageli lihtsamate integraallülituste või diskreetsete komponentide jaoks.
• Transistor Outline (TO): pakendid, mida kasutatakse peamiselt diskreetsete pooljuhtseadmete jaoks nagu transistorid ja dioodid. Need on tihti optimeeritud soojust ära andma metallkorpuse, radiaatori kinnitusaugu ja/või suure jootepadja abil.
• Axial Lead: ühendamiseks või jootmiseks mõeldud traadijuhtmed ulatuvad komponendi või mooduli korpusest mõlemast otsast piki selle pikitelge. Neid komponente kasutatakse tavaliselt takistite, kondensaatorite ja dioodide jaoks.
• Radial Lead: ühendamiseks või jootmiseks mõeldud traadijuhtmed ulatuvad komponendi samalt küljelt. Tavaliselt on juhtmed tihedalt üksteise kõrval ning paigutatud radiaalselt. Need pakendid kasutatakse sageli suuremate kondensaatorite ja induktiivpoolide jaoks.
• Pin Grid Array (PGA): on integraalskeemide pakendi tüüp. PGA-d on peamiselt ruudu- või ristkülikukujulised, mille alumise küljele on paigutatud mõni kümmend kuni mitu sada jalge. See pakend oli pikalt väga populaarne protsessoritootjate seas ning võimaldas teha protsessorid vahetatavad.
• Pin Header ja Socket Strip: võimaldavad luua pistikuid ja pesi trükkplaadil. Neid kasutatakse tavaliselt trükkplaatide omavaheliste ühenduste jaoks.

Tehnoloogia eelised ja puudused

Eelised:

1. Mehaaniline stabiilsus: selle tehnoloogia komponendid on mehaaniliselt stabiilsed ja taluvad mehaanilisi pingeid paremini kui pinnaühendusega komponendid. See muudab need sobivaks vibratsiooni, löögi või mehaanilise manipuleerimise korral.
2. Suurema võimsuse käsitlemine: THT komponentidel on tavaliselt suuremad juhtmed ja vastupidavam konstruktsioon, mis võimaldab neil suurema võimsusega rakenduste vajadusel paremini hakkama saada ilma ülekuumenemise või lagunemiseta.
3. Käsitsi monteerimise ja parandamise lihtsus: läbi augu komponente on SMT komponentidega võrreldes sageli lihtsam käsitsi käsitseda ja kokku panna, eriti prototüüpide loomiseks või väikesemahulisteks tootmiseks. Need hõlbustavad ka lihtsamat parandamist ja ümbertegemist, kuna komponente saab kergemini üle joota ja asendada.
4. Parem soojusjuhtivus: suuremad gabariidid ja vastupidavam konstruktsioon annavad sageli parema soojuspidavuse, kuna need suudavad soojust tõhusamalt hajutada. See on kasulik rakendustes, kus madalam plaadi temperatuur on kriitiline.
5. Ühilduvus vanemate skeemidega: läbi augu tehnoloogia komponendid on olnud kasutusel aastakümneid ja ühilduvad paljude vanemate elektrooniliste lahendustega. See muudab need sobivaks pärandvarustuse hoolduseks ja parandamiseks või olemasolevate süsteemidega integreerimiseks.

Puudused:

1. Suurem jalajälg: THT komponendid vajavad trükplaadil tavaliselt rohkem ruumi ja avasid. See piirab kasutusala tihedalt pakitud disainilahenduste puhul.
2. Madalam komponentide tihedus: kuna läbi augu menteerimise komponendid nõuavad trükkplaatidesse avade puurimist, on plaadile paigutatavate komponentide tihedus pinnakinnituse komponentidega võrreldes väiksem. See võib olla miniatuursete elektrooniliste seadmete disainimise piirang nagu nutitelefonid ja sülearvutid.
3. Piiratud kõrgsageduslikud rakendused: THT komponentidel võivad kõrgsageduslikes rakendustes esineda piirangud juhtmete ja pikemate signaaliteede põhjustatud parasiitliku elektrimahtuvuse tõttu võrreldes pinnakinnituse komponentidega.
4. Käsitsi kokkupaneku väljakutsed: kuigi käsitsi kokkupanek on prototüüpide ja väikesemahulise tootmise eelis, võib see suuremahuliste tootmistööde jaoks olla aeganõudev ja töömahukas. See võib suurendada tootmiskulusid ja aega.
5. Uute komponentide piiratud kättesaadavus: pinnakinnituse tehnoloogia üha suureneva kasutuselevõtuga võib uute THT komponentide kättesaadavus olla piiratud, eriti spetsialiseeritud või niširakenduste jaoks. See võib muuta tavalistest erinevate ideede jaoks konkreetsete komponentide hankimise keeruliseks.

Jootmine

Jootejaam Weller WTCP-S, 50 vatti. Temperatuuri reguleerimine Magnastat™ süsteemi kaudu.

Reflow tööstusahi

Komponentide jootmine toimub käsitsi jootekolviga või automaatliinidel. Eelnev komponentide kinnitamine võib toimuda liimiga, lakiga või väljundite painutamise abil.

1. Käsitsi jootmine: käsitsi jootmine hõlmab kvalifitseeritud operaatoreid, kes kasutavad jootekolve või jootejaamu. Operaatorid teostavad jootmist, kasutades tavaliselt peene otsaga jootekolbi, et kuumutada samaaegselt nii komponendi jalad kui ka PCB jooteväljad. Käsitsi jootmine sobib madala kuni keskmise mahuga tootmistöödeks ning pakub paindlikkust paljude komponentide ja PCB konstruktsioonide käsitsemisel.
2. Lainega jootmine (ingl. Wave soldering): poolautomaatne jootmisprotsess, mida tavaliselt kasutatakse suuremahuliseks tootmiseks. Selle meetodi puhul lastakse PCB-d juba paika pantud komponentidega üle sulatatud joodise laine. Jootelaine joodab kokku paljastatud juhtmeid ja trükkplaadi jootevälju, moodustades jooteühendused ilma jäämata jootemaskile. Enne jootelaine läbimist trükkplaadi alumine külg võib olla kaetud räbustiga, et eemaldada oksiidid ja soodustada jootmise kvaliteedi. Lainejootmismasinad sisaldavad tavaliselt eelsoojendustsoone, et tagada nõuetekohane soojendamine ja minimeerida komponentide termilist šokki.
3. Valikuline jootmine (ingl. Selective Soldering): valikuline jootmine on täpne jootmisprotsess, mida kasutatakse konkreetsete THT komponentide jootmiseks PCB-dele, mõjutamata külgnevaid komponente või alasid. See meetod kasutab joote purskkaevu, et sulatatud joodet täpselt valitud komponentide toimetada. Valikuline jootmine sobib ideaalselt läbi augu komponentide ja pinnale paigaldatavate komponentide seguga skeemide jaoks või tundlike alade lähedal asuvate komponentide, näiteks pistikute või kuumustundlike komponentide, jootmiseks.
4. Reflow oven: kasutatakse peamiselt pinnale paigaldatavate komponentide jaoks, saab kohandada ka teatud väljunditega THT komponentide jaoks, näiteks pistikute või pistikupesade jaoks. Selles protsessis, jootepasta kantakse trükkplaadi väljadele ja peale seda paigutakse komponendid. Seejärel viiakse kogu komplekt kontrollitud kuumutamise protsessile ahjus, kus jootepasta sulab, moodustades jooteühendused.

Pärast jootmist trükkplaadi tootjad kontrollivad joodete kvaliteedi kasutades automatiseeritud optilist, visuaalset ja/või funktsionaalset kontrolli. Optiline kontroll teostatakse võrreldes kahtlased kohad eelnevalt tehtud ja skaneeritud etalon skeemiga.

Kasutusalad

Läbiva auguga tehnoloogia komponendid leiavad laialdast kasutamist erinevates tööstusharudes ja rakendustes, kus miniaturiseerimise ja suure komponentide tiheduse ees on esikohal vastupidavus, töökindlus ja käsitsi kokkupaneku lihtsus.

Kuigi pinnakinnituse komponendid domineerivad kaasaegses tarbeelektroonika, kasutatakse läbi augu tehnoloogia komponente endiselt toiterakendustes, koduelektroonikas, prototüüpimises ning teadus- ja arendustegevuses.

Autotööstuse, lennundus- ja kaitseelektroonika harudes kasutatakse läbi augu komponente juhtimissüsteemides, turvaelementides, radarisüsteemides ja sideseadmetes. Tänu oma mehaanilisele stabiilsusele, kekkonnatingimuste vastupidavusele ja võimele taluda temperatuurikõikumisi on THT komponendid eelistatud.

Kasutust on nad leidnud ka meditsiiniseadmetes nagu patsiendi jälgimissüsteemid, diagnostikavahendid ja terapeutilised seadmed.