Inleiding tot de prestaties en voordelen van PTH PCB's

Introductie

Plated Through Hole printplaten (PTH PCB's) worden in veel toepassingen gebruikt omdat ze eenvoudig te fabriceren, betrouwbaar en duurzaam zijn. Het belangrijkste fabricageproces is hetzelfde als bij andere printplaten, maar met enkele verschillen.

In dit artikel leggen we uit wat PTH-printplaten zijn en hoe ze werken. We bespreken ook enkele voordelen van het gebruik ervan in uw producten.

PCB met doorlopende gaten

Wat is PTH in een PCB?

PTH staat voor "plated through hole" (doorgeplateerd gat) en is een type printplaat (PCB) met gaten in het midden die verbonden zijn met koperen sporen aan de onderkant. PTH-printplaten worden gebruikt in toepassingen waar verbindingen nodig zijn tussen twee punten aan dezelfde kant van de printplaat.

Het bestaat uit een isolerend substraat , meestal een met glasvezel versterkt epoxyglaslaminaat , met daarop een metalen laag. Door deze metalen laag zijn gaten geboord zodat componenten op het oppervlak kunnen worden gemonteerd . Dit type printplaat wordt ook wel een "thru-hole " printplaat genoemd.

Dit type printplaat is ideaal voor beginners, omdat het gemakkelijk is om je eerste circuit in elkaar te zetten. Je hebt alleen een soldeerbout en vloeimiddel nodig, twee gereedschappen die je bij de meeste bouwmarkten kunt kopen. Maar zelfs ervaren gebruikers zullen de voorkeur geven aan dit type bord omdat het sneller is dan andere methoden wanneer u veel verbindingen moet maken of grote componenten op de achterkant van een bord moet solderen.

PTH in een PCB

Hoe werkt PTH in een PCB?

Als je ooit een printplaat hebt gezien, heb je waarschijnlijk de gaten erin gezien. Deze gaten worden doorlopende gaten (PTH) genoemd. Ze worden ook wel 'vias' genoemd.

Deze gaten maken een eenvoudige verbinding tussen de verschillende lagen van de printplaat mogelijk en vergroten de flexibiliteit ervan. Ze worden ook gebruikt voor het monteren van componenten en het maken van verbindingen tussen die componenten en andere delen van de printplaat.

De meest voorkomende typen PTH-printplaten zijn enkelzijdig, dubbelzijdig en meerlaags . Enkelzijdige printplaten gebruiken slechts één koperlaag voor de sporen die componenten verbinden, terwijl dubbelzijdige printplaten aan beide zijden een koperlaag hebben. Meerlaagse printplaten hebben meerdere koperlagen, waardoor ze beter bestand zijn tegen hoge frequenties dan enkel- of dubbelzijdige printplaten.

PTH en NPTH

PTH- en NPTH-vergelijking

U vraagt ​​zich misschien af: “Wat is het verschil tussen een geplateerd doorgaand gat en een niet-geplateerd doorgaand gat? Is de een beter dan de ander?”

De PTH- en NPTH-doorlopende gaten zijn twee verschillende soorten doorlopende componenten. Ze hebben allebei hun eigen voor- en nadelen, en het kiezen van de een boven de ander hangt af van de behoeften van uw project.

PTH

Verguld doorgaand gat

Plated Through Hole (PTH) is een fabricageproces waarbij een via-gat door het bord wordt geboord en koper aan de binnenkant wordt gegalvaniseerd, zodat het koper pinnen aan weerszijden van het bord verbindt. Dit zorgt voor een veel eenvoudiger soldeerproces dan niet-vergulde doorlopende gaten.

Bij PTH wordt een gat in de printplaat geboord , dat vervolgens met koper wordt bekleed en met epoxyhars wordt gevuld. Deze methode zorgt voor een sterke, stabiele verbinding tussen het soldeer en de koperen sporen op de printplaat, maar is duurder dan een NPTH-verbinding vanwege alle extra stappen die erbij komen kijken.

NPTH

Niet-geplateerd doorgaand gat

Een NPTH-verbinding daarentegen omvat het plaatsen van geleidende epoxy rond een geboord gat en het vullen van die ruimte met gesmolten soldeer. Dit zorgt voor een minder stabiele verbinding tussen componenten dan PTH, maar het is veel goedkoper en zorgt er ook voor dat er geen extra materiaal in het ontwerp van je bord zit.

NPTH is een type doorvoergat dat geen coatinglaag heeft. Dit betekent dat NPTH-gaten kunnen worden gemaakt in niet-geleidende materialen zoals aluminium , keramiek of kunststoffen. NPTH-gaten worden vaak gebruikt voor trillingsdemping, warmteoverdracht en het vormen van componenten.

Stappen op PTH PCB-proces

Om van uw PCB-layout een geplateerde doorsteek-PCB te maken , moet u de volgende stappen doorlopen.

Stap 1 – Alkalisch ontvetten

Alkalisch ontvetten is de eerste stap in elk PCB-proces. Dit proces gebruikt een oplossing van natriumhydroxide en water om oliën, vetten en andere verontreinigingen van het oppervlak van een printplaat te verwijderen.

Bij het reinigingsproces wordt het bord ongeveer drie minuten ondergedompeld in de alkalische oplossing, vervolgens verwijderd en gespoeld met gedeïoniseerd water. Na deze stap wordt de PCB gedroogd met behulp van perslucht of stikstofgas.

Stap 2 - Micro-etsen

In de tweede stap beginnen we met het creëren van een micro- ets op uw printplaat. Hierbij maken we een patroon dat in de volgende stap als etsmasker zal dienen.

Om dit te doen, gebruiken we een laser om delen van uw printplaat weg te branden die u niet weggeëtst wilt hebben. De laser kan zo worden aangestuurd dat hij alleen door het koper heen brandt en andere delen van het bord intact laat. Dit geeft u een zeer fijnmazige controle over waar uw etsmasker zal worden gemaakt, wat essentieel is om ervoor te zorgen dat u een schoon eindproduct krijgt zonder korte broeken of andere problemen.

Stap 3 – Voorimpregnatie

In deze stap wordt het koper bedekt met een beschermende laag hars en vervolgens verwarmd om de hars uit te harden en onoplosbaar te maken in water of andere oplosmiddelen. Het doel van voorimpregnatie is om kopercorrosie tijdens volgende verwerkingsstappen te voorkomen en een goede hechting tussen de koper- en diëlektrische lagen te bewerkstelligen.

Bij het pre-impregnatieproces wordt een UV-lamp gebruikt om de hele printplaat in een oven op kamertemperatuur bloot te stellen, waardoor een gelijkmatige laag hars op alle oppervlakken van de plaat ontstaat.

Stap 4 – Activering

Dit proces wordt gedaan door de koperlaag te schuren met fijnkorrelig schuurpapier, gevolgd door een grondige reiniging van de plaat. De activering wordt gedaan om eventuele oxiden op het oppervlak van het koper te verwijderen en het klaar te maken voor het solderen.

Stap 5 - Peptisatie

Dit proces is de vijfde stap in het fabricageproces van geplateerde doorlopende PCB's. Bij dit proces wordt een mengsel van chemicaliën gebruikt om de resterende fotoresist van de plaat te verwijderen. De resulterende chemische oplossing wordt vervolgens afgewassen met zuiver water, dat vervolgens wordt gedroogd door middel van een blazer.

Het doel van deze stap is om alle sporen van fotolak van de printplaat te verwijderen, zodat deze verder verwerkt en klaargemaakt kan worden voor het galvaniseren.

Stap 6 - Stroomloos koperplateren

Na het fabricageproces van de geplateerde doorlopende PCB's is het bord klaar om stroomloos te worden verkoperd. Dit proces creëert een geleidende laag die het solderen van componenten en verbindingen mogelijk maakt.

Bij stroomloos verkoperen wordt de printplaat ondergedompeld in een oplossing van kopersulfaat en andere chemicaliën. Dit is een chemische reactie die resulteert in de afzetting van koper op het oppervlak van de plaat.

Dit proces helpt ook de corrosieweerstand te verbeteren, wat vooral belangrijk is voor elektronica die wordt blootgesteld aan vocht of omgevingen met een hoge luchtvochtigheid.

Dingen om te overwegen bij het boren van PTH

Het doorboren van een geplateerd gat in een printplaat kan een ontmoedigende taak zijn, vooral als u niet zeker bent van de procedure. In dit artikel zal ik enkele van de overwegingen bespreken waarmee u rekening moet houden bij het boren van doorlopende gaten in printplaten.

Randvrijheid

Randspeling – 0.009″

Bij het boren van een doorlopend geplateerd gat in een printplaat, moet deze op 0.009 inch zijn om ervoor te zorgen dat de boor niet aan de beplating blijft haken. Dit is vooral belangrijk bij het gebruik van een kolomboormachine, omdat de kracht van de boor er gemakkelijk voor kan zorgen dat een chip afbreekt en kortsluiting veroorzaakt in je board.

Gatgrootte

Gatgrootte - 0.006 "

Bij het boren van een gegalvaniseerd gat in een printplaat moet dit 0.006″ zijn. Dit komt omdat het de meest gebruikelijke maat is voor de platen en componenten die tegenwoordig worden gebruikt, maar ook omdat het voldoende ruimte biedt voor onderdelen met een breder scala aan diameters.

ringvormige ringmaat

Ringvormige ringmaat - 0.004 "

Dit is het vrije gebied rond het boorgat en het is belangrijk om hiermee rekening te houden bij het boren van doorlopende gaten in een printplaat. De maat van de ringvormige ring moet minstens 0.004 inch groter zijn dan de bitdiameter om goed te kunnen snijden en om afbrokkelen van de plaatrand tijdens het boren te voorkomen.

Type invoeging van component op een PTH-PCB

Condensatoren

Radial

Het radiale insteektype wordt gebruikt om componenten aan een printplaat te bevestigen door de kabel van het component in een geplateerd doorgaand gat te steken.

Radiaal insteekcontact is het meest voorkomende type in printplaten. Het zorgt voor maximaal contact tussen het component en de contactpunten. Daardoor is het ideaal voor componenten met een hoge stroomdichtheid of componenten die warmte genereren.

Lead

axiaal

Een axiaal insteekonderdeel wordt in een geplateerde doorlopende printplaat geplaatst door het onderdeel met zijn geleidingsdraden in dezelfde richting te steken als de circuitsporen op de printplaat. De terminal wordt in de richting van de as gestoken, die loodrecht op het oppervlak van de printplaat staat.

Axiale componenten omvatten LED's , condensatoren, zekeringen en weerstanden. Deze componenten hebben aansluitingen die aan het ene uiteinde van hun behuizing uitsteken en aan het andere uiteinde eindigen in pinnen of terminals. Deze aansluitingen worden in gaten in een printplaat gestoken, langs dezelfde as als hun behuizing. Axiale componenten kunnen op het oppervlak worden gemonteerd of in een fitting worden geplaatst.

Vreemde vormcomponenten

Vreemde vorm

Deze componenten zijn ontworpen om in een geplateerde doorlopende printplaat (PCB) te worden gestoken. Ze hebben een vierkante of rechthoekige vorm met één platte kant en ze kunnen een of meer hoeken aan hun andere kant hebben. Odd Form-componenten worden gebruikt in toepassingen waar de ruimte beperkt is en er geen ruimte is om de component zijwaarts te plaatsen.

Handleiding

Handleiding

Bij deze manier van inbrengen duwt u het onderdeel handmatig door de printplaat totdat het op de juiste plaats komt te liggen. Dit is een langzaam proces en kan moeilijk zijn op printplaten die vol zitten met andere componenten.

PTH PCB-voordelen

Als u op zoek bent naar een manier om uw printplaten efficiënter te maken, kunt u veel opties vinden. Maar wat zijn de voordelen van geplateerde doorlopende printplaten?

Grotere ringvormige ringen

Dit is het belangrijkste voordeel van een geplateerde doorlopende printplaat. De ringvormige ringen, die de buitenomtrek van alle gaten vormen, zijn groter op een geplateerde doorlopende printplaat dan op een niet-geplateerde doorlopende printplaat. Dit maakt het gemakkelijker om componenten aan het bord te solderen en zorgt voor een sterkere verbinding.

PCB met een ringvormige ring is dat het de printplaat beter kan beschermen tegen mechanische schade. Omdat de ringvormige ring dikker is dan de omringende plaat, heeft deze een sterkere mechanische sterkte, zodat deze beter bestand is tegen externe krachten en druk.

Lagere gatdichtheid per vierkante meter

In een printplaat zijn de gaten de paden waardoor elektrische stroom van de ene kant van de plaat naar de andere kan stromen. Hoe meer gaten per vierkante meter, hoe hoger de geleidbaarheid en hoe gemakkelijker het gegevens kan verzenden.

Hoe lager de dichtheid van gaten per vierkante meter, hoe beter de geleiding in uw printplaat zal zijn. Dit komt omdat er minder openingen zijn tussen gaten en dus minder weerstand om stroom door te laten stromen.

Grotere gaten

Geplateerde doorlopende printplaten zijn duurzamer dan niet-geplateerde doorlopende printplaten. De gaten zijn groter en de beplating is dikker dan bij andere boards, dus het is beter bestand tegen beschadigingen.

Gatvorm

Doorlopende componenten worden meestal gebruikt voor elektronische projecten. Ze worden in gaten gesoldeerd en er kunnen onderdelen op worden geplaatst. Doorlopende gaten kunnen rond, vierkant, rechthoekig of elke andere vorm hebben.

De vorm van de gaten bepaalt hoeveel materiaal er tijdens het boren en plateren van de plaat wordt verwijderd, wat de sterkte van het eindproduct beïnvloedt.

Conclusie

PTH-printplaten worden het meest gebruikt in de massaproductie van industriële producten, omdat ze relatief betaalbaar en gemakkelijk te produceren zijn en in grote batches kunnen worden vervaardigd. PTH-printplaten kunnen bovendien op grote schaal en met een hoge doorvoersnelheid worden geproduceerd.

Als je het onderzoek doet en rondkijkt, kun je een printplaat van hoge kwaliteit krijgen. Zonder het juiste onderzoek zou je echter kunnen eindigen met een ondermaats product, en dat is wat we met dit artikel hoopten te vermijden. Als je professioneel gemaakte boards nodig hebt voor je volgende project, geef een paar van deze bedrijven een kans. Ze kunnen een hoogwaardige PTH-PCB produceren, iets dat zowel grote als kleine bedrijven nodig hebben.