Through-Hole-Technologie: Warum sie im modernen PCB-Design unverzichtbar bleibt

1. Was ist Through-Hole-Technologie?

Bei der Herstellung elektronischer Komponenten spielt die Leiterplatte eine entscheidende Rolle für Qualität und Nutzbarkeit. Die endgültige Funktionalität einer PCB hängt vom verwendeten Design ab. Es gibt zwei weit verbreitete Designs: Through-Hole-Technologie (THT) und Surface Mount Technology (SMT).

Unser Hauptfokus in diesem Artikel liegt auf der Through-Hole-Technologie, und wir werden detailliert darauf eingehen, warum sie in der Elektronikfertigung nach wie vor verbreitet ist.

Definition

Es handelt sich um eine Bestückungstechnik, bei der die Anschlüsse (Leads) und Chips elektronischer Bauteile durch Bohrungen (Through-Holes) auf der Leiterplatte gesteckt werden. Hier werden diese Pins von der Unterseite auf Pads auf der gegenüberliegenden Platinen-Seite verlötet. Diese Technik wird meist manuell oder manchmal durch Bestückungsautomaten durchgeführt. Diese Technologie blühte bis in die späten 1980er Jahre, bis die Surface Mount Technology (SMT) sie verdrängte. Mit der Einführung von SMT erwartete man, dass Through-Hole obsolet würde. Dennoch hat sie aufgrund ihrer zahlreichen und eindeutigen Vorteile sowie ihrer Zuverlässigkeit den Test der Zeit bestanden.

2. Through-Hole-Anschlüsse (Leads)

PCBs, die Through-Hole nutzen, haben Drahtanschlüsse in zwei Typen: radial oder axial.

2.1 Axial

Axiale Anschlüsse ähneln in der Form Drahtbrücken und ragen von der Stirnseite entweder kastenförmiger oder zylindrischer Komponenten der PCB hervor. Diese Vorsprünge bilden eine fast perfekte geometrische Symmetrieachse. Obwohl sie hervorragen, stehen sie nicht weit über der PCB-Oberfläche, sodass sie flach aufliegen, wenn man sie hinlegt.

Axiale Leads werden häufig verwendet, um kurze Distanzen auf einer PCB zu überbrücken und Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen zu spannen, die offener Raum nicht unterstützt.

2.2 Radial

Der Name „radial“ kommt von ihrer parallelen Projektion der Anschlüsse vom Bauteil zur Platinenoberfläche; radiale Leads sind mit den Enden der Gehäuse fluchtend. Früher wurden sie identifiziert, weil sie die Form des Radius der zylindrischen Komponenten annahmen, über die sie hervorragten, aber axiale Leads haben diese Definition später hinfällig gemacht.

Auf der Platine bilden radiale Komponenten einen 90-Grad-Winkel mit einem kleineren Footprint als axiale Leads. Sie besitzen auch eine Stecker-Natur aufgrund ihrer parallelen Zusammensetzung, was sie zu einer beträchtlichen Wahl für Komponenten macht, die höhere Bestückungsgeschwindigkeiten erfordern.

3. Through-Hole-Löten

Löten ist eine der notwendigen Fähigkeiten, um in die Elektronikwelt einzusteigen. Zu wissen, wie man sich auf einer PCB-Platine zurechtfindet, was ersetzt werden muss und wo, ist sehr entscheidend. Beim Reparieren von Platinen, die Through-Hole-Technologie nutzen, kommt jedoch viel Präzision ins Spiel.

3.1 Advanced PTH (Plated Through-Hole)

Angenommen, Sie beherrschen die notwendigen Lötfähigkeiten, könnten Sie die Advanced-PTH-Technik für Ihr Löten wählen. Lassen Sie uns eintauchen und einige wesentliche Tipps betrachten.

1. Lernen Sie, den Lötfluss zu kontrollieren. Dies ist die erste Fertigkeit, die Sie erlernen, und mit Zeit und Übung werden Sie sie meistern.
2. Lernen Sie, verschiedene Lötkolbenspitzen zu verwenden und zu kontrollieren. Verschiedene Anwendungen erfordern separate Spitzen, und Sie sollten wissen, wie man sie einsetzt.
3. Nachdem Sie sich für einen Kolben entschieden haben, erhitzen Sie Lead und Pad und lassen das Lötzinn reibungslos durch das Loch auf der Platine fließen.
4. Lassen Sie das Lötkolben abkühlen, dann ist Ihre Verbindung fertig.
5. Sie können diese Technik auch beim Erstellen von Brücken zwischen zwei Through-Holes anwenden.

3.2 Reinigung

Nach dem Löten ist es entscheidend zu wissen, wie man reinigt. Was reinigen wir, mag man fragen? Bei bleifreiem Lötzinn neigen Sie dazu, Ihre PCB mit Flussmittel zu verschmutzen. Dieses Flussmittel kann vom Lötkolben selbst stammen oder wenn Sie Flussmittel absichtlich auftragen, um falsche Verbindungen zu vermeiden. Wie gehen wir vor?

Die beste und empfohlene Methode ist die Verwendung einer kleinen Zahnbürste, die Sie in Isopropylalkohol tauchen oder besprühen und die Platine damit bürsten. Wenn Sie an vielen Platinen arbeiten und das Risiko besteht, dass das Flussmittel auf den Platinen trocknet, könnten Sie einen Tiegel mit destilliertem Wasser füllen. Das destillierte Wasser stellt sicher, dass keine Verunreinigungen im Schaltkreis sind.

4. Vorteile der Through-Hole-Technologie

Die Through-Hole-Technologie ist beeindruckend, obwohl sie schon lange existiert und neuere Technologien sie ersetzen könnten. Was sind die Gründe, die sie immer noch zu einer begehrten Technologie gegenüber Surface Mount machen? Sehen wir uns die Vorteile dieser Technologie für PCB-Designs an.

4.1 Robust (Sturdy)

Through-Hole-Komponenten erweisen sich als echter Goldschatz für ihre Haltbarkeit und Wirksamkeit bei Produkten, die sichere Verbindungen in ihren Schichten erfordern.

Wenn Sie an einer PCB-Platine mit dieser Technologie arbeiten, werden Sie feststellen, dass sie unabhängig von der Umgebungsbelastung, der sie ausgesetzt sind, in Kontakt bleiben. Through-Hole-Komponenten sind verstärkt, da sie durch die Platine laufen, im Gegensatz zu SMT-Komponenten, die nur auf der PCB aufgelötet sind.

Mit diesem Aspekt werden sie häufig in Militär- und Luftfahrtelektronik eingesetzt, da sie extremen variablen Bedingungen standhalten können.

4.2 Stärkere mechanische Verbindungen

Through-Hole-Technologie funktioniert hervorragend für Komponenten, die schwerer oder sperriger in ihrer Zusammensetzung sind. Sie ist beträchtlich, weil sie stärkere mechanische Verbindungen in ihren PCBs erfordern, die herkömmliche Surface Mount Technology diesen Elektroniken nicht bieten kann.

4.3 Einfacheres Prototyping

Mit der Through-Hole-Technologie haben Designer eine leichtere Zeit aufgrund ihrer Bequemlichkeit bei manuellem Austausch und Anpassungsmöglichkeiten. Through-Hole nutzt auch Steckbretter (Breadboards), die für das Prototyping unerlässlich sind.

5. Einschränkungen der Through-Hole-Technologie

Obwohl Through-Hole-Technologie als einzigartige und verlockende Technologie steht, hat sie auch nach Surface Mount noch einige Nachteile. Die Technologie ist nicht praktikabel für Hochgeschwindigkeitskomponenten, die einen kleinen Streu-Kapazitäts- und Induktanzwert für ihre Drahtanschlüsse benötigen.

5.1 Benötigt mehr Platinenplatz

Wenn Sie sich für Through-Hole-Technologie entscheiden, muss ein großer Teil Ihres Platinenplatzes den Drahtanschlüssen dienen, was Sie zwingt, in eine größere PCB zu investieren. Die größere PCB verringert den Sinn der Minimierung aller Verdrahtung und der Reduzierung der Platine auf eine allgemein handhabbare Größe.

6. Surface Mount Technology (SMT)

Surface Mount Technology wird immer mit Through-Hole in Verbindung gebracht, obwohl sie sich eindeutig unterscheiden. Diese Technologie funktioniert, indem die Bauteilanschlüsse direkt durch Löten befestigt werden, ohne jegliches Bohren. Im Gegensatz zu Through-Hole ist diese Technologie für Designer recht einfach zu erstellen. Sie war revolutionär wegen ihrer vergleichsweise niedrigeren Produktions- und Herstellungskosten für alle vorherigen Elektroniken; die meisten können nun diese Technologie übernehmen.

Fazit

Der aktuelle Stand ist, dass beide Designs, obwohl sie wie ständige Konkurrenz erscheinen, beide weit verbreitet in der Elektronikfertigung eingesetzt werden. Bei Reparatur und Löten von Through-Hole-Platinen, wie zuvor besprochen, sollte viel Präzision walten, um sicherzustellen, dass die Pins der Anschlüsse fest sitzen und Sie einen festen Griff auf die zu lötenden Komponenten haben. Dies führt letztlich zu Ihrem Wunsch als Elektronik-Enthusiast oder zur Art der Elektronik, die Sie handhaben.