רכיבי דרך חור ב-PCBs: שיטות הרכבה, עיצוב רפידות ותיקונים

טכנולוגיית חור דרך חור היא שיטה בסיסית להרכבת חלקים על לוח מעגל מודפס על ידי העברת הכבלים דרך חורים מקדחים והלחמה לרפידים. מאמר זה מסביר חורים מצופים ולא מצופים, חלקי הארובת, גודל והתאמת חורים, מרווחים, זרימת חום, שיטות הרכבה, רכיבים, השוואת SMT, נקודות אמינות, וליקויים עם תיקונים, הכל בשלבים ברורים ומפורטים להלן.

יסודות דרך חור בעיצוב PCB

חור-חור הוא שיטה להרכבת חלקים על לוח מעגלים מודפסים (PCB) על ידי העברת חוטי המתכת שלהם דרך חורים שנקדחו בלוח. הכבלים מולחמים לרפידות נחושת, מה שיוצר גם אחיזה מכנית חזקה וגם חיבור חשמלי ברור. מכיוון שהחוט עובר דרך כל עובי ה-PCB, חיבור ההלחמה מוחזק בתוך הלוח, לא רק על פני השטח. כאשר קירות החור מצופים בנחושת, החור יכול גם לחבר שכבות נחושת בתוך הלוח.

מונחים נפוצים:

• THT (טכנולוגיית דרך חור) - שימוש בחורים שנקדחו בלוח המעגל להרכבת וחיבור חלקים.

• THM (התקנה דרך חור) - שם נוסף לאותה שיטת הרכבה.

חורים מצופים לעומת חורים לא מצופים

חלקים מארובת חור דרך

• חור קידוח - הפתח ב-PCB שנוצר על ידי מקדח או נתב, שבו עובר החוט.

• חבית - הנחושת שעל קיר החור בחורים מצופים, שמאפשרת זרם לזרום בין השכבות.

• רפידות חיצוניות (למעלה ולמטה) - אזורים מנחושת על פני השטח החיצוניים של המעגל הפתוח שבהם ההלחמה נקשרת לחוט.

• רפידות שכבה פנימית - אזורים מנחושת בשכבות הפנימיות שמחוברים לאותו נתיב חשמלי כמו החור.

• טבעת טבעתית - טבעת הנחושת סביב חור הקידוח ששומרת על הרפידה מחוברת ועוזרת למנוע את שבירתו.

גודל חור דרך החור והתאמת עופרת 

גודל חור דרך החור והתאמת עופרת

גודל החור ברפד דרך חור צריך להתאים לחוט המתכת, אבל זה לא אמור להיות זהה. החור חייב גם לאפשר מקום לציפוי נחושת ולשינויים רגילים בקידוח. מוסיפים מרווח קטן מעל קוטר העופרת כדי שהעופרת תוכל להחליק פנימה בצורה חלקה, וההלחמה יכולה לזרום סביבה. זה עוזר למפרק להישאר יציב וקל יותר להרכבה.

אם החור הדוק מדי

כשהחור הדוק מדי, קשה לדחוף את הכבל דרכו. הוא יכול לשרוט את הנחושת, לכופף את הרפידה, או להפעיל לחץ גבוה על הקנה. עם הזמן, המתח הזה עלול לגרום לסדקים בנחושת או לגרום לרפידות להתרומם מהלוח, מה שעלול להזיק לחיבור.

אם החור רפוי מדי

כאשר החור רפוי מדי, הפער בין העופרת לקנה גדל. הלחמה עשויה שלא למלא את החלל הזה, ולכן הפילה עשויה להיות דקה או חלשה. הרצועה עלולה להישען לצד אחד, מה שמשפיע על הבדיקות וגורם ללוח להיראות לא אחיד. במקרה זה, רוב החוזק מגיע מהלחמה בלבד, ולא מהתאמה הדוקה בין ההובלה לחור.

תכנון מחסנית למשטחים דרך חור

רפידות חיצוניות

רפידות חיצוניות הן האזורים הנחושתיים בחלק העליון והתחתון של הלוח סביב החור. הן מספקות מקום להלחמה להידבק לחוט, מה שמקל על המבט והבדיקה של המחבר.

חיבורים בשכבה הפנימית

רפידות השכבה הפנימית קובעות אילו שכבות נחושת על הלוח מתחברות לקנה המצופה. הם מנחים כיצד עוברים הכוח והאותות דרך הלוח ועוזרים לשמור על הדרך פנויה ומבוקרת.

אנטי-פדים

אנטי-רפידות הן פתחים מדויקים ללא נחושת סביב הקנה, בשכבות מישור נחושת על רשת שונה. הם מונעים מהקנה לקצר לצינור נחושת סמוך ועוזרים לשלוט בהתנהגות האות וברעש לא רצוי.

כללי שכבה

כללי השכבות קובעים גודל רפידות, מרווחים ודפוסי הקלה תרמית בכל שכבה. כללים אלו שומרים על מרווח עקבי ועוזרים לרפידות להתחמם ולהתקרר בצורה מבוקרת במהלך ההלחמה.

עקביות בספרייה

עקביות בספרייה פירושה שימוש בערימות סטנדרטיות לגדלי ליד נפוצים ושמירה על שמות ברורים ומאורגנים. זה מקל על התאמת טביעות רגל, ערימות ומפות קידוח ללא טעויות.

ריווח ומיקום רפידות דרך חור 

ריווח חור לחור וריווח בין רפידות

• להשאיר מספיק מקום כדי שפילות הלחמה לא ייגעו ולא ייצרו גשרים בין הרפידות.

• נקודת התחלה נפוצה היא מרווח קצה לקצה סביב 1.27 מ"מ, אך הערך המדויק תלוי במגבלות יצרן ה-PCB.

מרחק לקצוות הלוח

• הרחק רפידות וחורים עם חורים מהקצה החיצוני של הלוח ומהלשוניות המתפרקות.

• מרחק נוסף מפחית את הסיכוי שהרפידות ייסדקו או ישברו כאשר הלוח נחתך מהפאנל.

אותות סמוכים

• להימנע מהנחת רפידות דרך חור רבות קרוב מדי לעקבות דיגיטליות מהירות או עקבות אנלוגיות רגישות.

• זרמים בחביות ובמישורי נחושת יכולים להתחבר לקווי איתות סמוכים ולהשפיע על איכות האות.

הקלה תרמית וזרימת חום סביב רפידות דרך חור 

זרימת חום ורפידות שקשה להלחים

כאשר משטח קשור ישירות לשטח נחושת גדול, הנחושת מושכת חום במהלך ההלחמה. ייתכן שהמשטח לא יתחמם מספיק, והלחם לא ירטיב את המפרק כמו שצריך.

שימוש בהקלה תרמית

תבליטים תרמיים משתמשים בחישורים דקים מנחושת בין הרפידה למטוס. זה שומר על מסלול חשמלי טוב תוך האטת אובדן החום, כך שהמשטח מתחמם מהר יותר וההלחמה קלה יותר.

איזון נחושת סביב המפרק

שמירה על אזורי נחושת דומים משני צידי העופרת עוזרת לשני הצדדים להתחמם בקצב דומה. זה תומך בזרימת הלחמה חלקה יותר ובחיבור אחיד יותר.

תכנון לחלקים נושאי כוח

לרפידות שמחזיקות יותר זרם, שלבו תבליטים תרמיים עם יציקות נחושת ווויות תרמיות. זה מפזר חום תוך שמירה על המשטח הניתן להלחמה ויציבות.

שיטות הרכבה לרכיבים דרך חור 

הלחמה ידנית

• שימש לאב-טיפוס, מנות קטנות ועבודות תיקון.

• מאפשר שליטה מדויקת על כל חיבור אך איטי יותר משיטות מכונה.

הלחמת גלים

• ה-PCB נע מעל גל זורם של הלחמה מותכת בצד התחתון.

• הלחמה של חיבורים רבים בו זמנית ועובדת היטב כאשר רוב החלקים הם דרך חור.

הלחמה סלקטיבית

• משתמש בזריר הלחמה קטן כדי להלחם רק על רפידות וסימינים שנבחרו.

• מתאים לוחות מעורבים כאשר צד אחד מכיל חלקי SMT, והצד השני עם חלקים דרך חור, מה שמפחית את המסכה ומגביל חום על חלקים סמוכים.

סוגי רכיבים נפוצים של חור דרך החור 

מחברים

מחברי חור דרך חור משמשים כאשר תקעים, חוטים או כבלים זקוקים לעוגן יציב. הכבלים שלהם עוברים דרך הלוח ועוזרות לחלק את כוחות המשיכה והדחיפה בין חיבורי ההלחמה, ה-PCB והמארז, ושומרים על יציבות החיבור לאורך זמן.

חלקי כוח

חלקי חשמל לעיתים קרובות בעלי מסה גדולה יותר ומייצרים יותר חום מאשר חלקי איתות קטנים. הרכבה דרך חור מספקת תמיכה מכנית חזקה בכל הגוף, וניתן להשתמש בחומרה נוספת, כמו ברגים או קליפים, לצד הכבלים כדי לשמור על החלקים במקומם.

קבלים אלקטרוליטיים רדיאליים

קבלים אלקטרוליטיים רדיאליים מספקים קיבול גבוה בטביעת רגל קטנה יחסית, עם שני חוטים העוברים דרך הלוח. חוטי החור מסייעים לשמור על יציבות הגוף במהלך הפעולה וההלחמה, ובכך תומכים באמינות ארוכת טווח במסלולי ההספק והסינון.

נגדים ודיודות ציריים

נגדים ודיודות אקסיאליים משתמשים בכבלים בשני הקצוות, מה שמאפשר להם לעבור מרחק רחב יותר על הלוח. הרכבה דרך חור מתאימה היטב לפריסות שדורשות מרווח עופר ארוך יותר או עמידה במתח גבוה יותר, והיא גם מתאימה למגוון סגנונות לוחות ידידותיים לתיקון או ישנים.

דרך חור בהשוואה לחלקים על פני השטח

גורמי אמינות לחיבורי הלחמה דרך חור

איכות פילט הלחמה

חיבור טוב כולל הלחמה שמתלפפת בצורה חלקה סביב הכבל והרפידה ללא רווחים או סדקים. משטח מוצק ואחיד עוזר למפרק לשאת זרם ולהתמודד עם מתח.

ציפוי חבית

הנחושת בקנה חייבת להיות עבה מספיק ומחוברת היטב לרפידים. סדקים או הפרדה בנחושת הזו יכולים לשבור את הנתיב החשמלי גם אם החוץ נראה תקין.

פרופיל תרמי

יש להגדיר את זמן ההלחמה והטמפרטורה כך שהמפרק יתחמם מספיק להרטיבות טובות מבלי להתחמם יתר על המידה של רפידות או חביות. מעט מדי חום גורם למפרקים חלשים; עודף יכול להרים רפידות או לפגוע בלוח.

תמיכה מכנית

חלקים כבדים או גבוהים לא צריכים להסתמך רק על רצועות ומפרקי הלחמה לתמיכה. תמיכה נוספת שמגבילה תנועה מפחיתה את הלחץ על המפרקים ועוזרת להם להחזיק מעמד זמן רב יותר.

ליקויים ותיקונים נפוצים של חור דרך החור

סיכום

פרטי החור במאמר זה מכסים יותר מאשר קידוח בסיסי בלבד. הם מקשרים בין סוג החור, צורת הארומה, המרווח ואיזון הנחושת לבין איך החיבורים מחזיקים מעמד לאורך זמן. שיטות הרכבה וחלקים סטנדרטיים מראים ש-through-hole עדיין מתאים לצד SMT בלוחות מודרניים. בדיקות אמינות ותיקוני תקלות קושרים את הכל יחד כך שאותם כללים יכולים להנחות מפרקים יציבים מהפריסה דרך הייצור והשימוש בשטח ארוך טווח.

שאלות נפוצות

מהו גודל החור המינימלי הסטנדרטי ב-PCBs?

גודל מקדח מינימלי סטנדרטי הוא כ-0.20–0.30 מ"מ. ניתן לפתח חורים קטנים יותר אך דורשים עיבוד מיוחד.

כמה עבה ציפוי הנחושת בחור מצופה דרך מקור?

נחושת החבית עובי כמה עשרות מיקרומטרים, מספיק כדי לשאת זרם ולעמוד במחזור תרמי.

כיצד הלחמה ללא עופרת משפיעה על הלחמה דרך חור?

הלחמה ללא עופרת נמסה בטמפרטורה גבוהה יותר, ולכן רפידות וקנים חווים טמפרטורות גבוהות יותר ודורשים פרופיל מבוקר בקפידה.

כיצד בודקים חיבורי הלחמה דרך חור מבחינת איכות?

הם נבדקים באמצעות בדיקה ויזואלית או אופטית אוטומטית לצורת הפילה, הרטבה ומיקום הסיכה, ולעיתים גם על ידי חיתוך לוחות דגימות לבדיקות חתך רוחב.

מה עושה ציפוי קונפורמי סביב חורים עוברים?

היא יוצרת שכבת הגנה דקה סביב חוטים ורפידות כדי להגן מפני לחות ולכלוך, ומשאירה אזורים מוסתרים פתוחים למגע או הלחמה מאוחרת.

איך הרטט משפיע על חלקי חור דרך החור?

רטט גורם לכבלים ולחיבורי הלחמה לזוז עם הלוח, מה שעלול להתיש את החיבורים אם התנועה גדולה או קבועה. תמיכה נוספת ולוחות קשיחים עוזרים להפחית לחץ.