通孔装配：终极指南

在印刷电路板组装方面，有两种安装组件的选择：通孔组装和表面贴装组装。今天的指南将重点介绍您需要了解的有关印刷电路板通孔组装的所有信息。它涵盖了通孔PCB组装的基本定义、优点、缺点、技术、应用、实际组装过程等知识。

• 什么是通孔装配？

• 通孔装配的优点

• 通孔装配的缺点

• 通孔装配组件——通孔装配的最佳组件是什么？

• 通孔PCB组装技术

• 通孔与表面贴装 PCB 组装

• 通孔PCB组装设备

• 通孔PCB组装工艺

• 如何聘请通孔PCB组装服务商

• 结论

什么是通孔装配？

直到 1980 年左右，通孔组装是 PSB 组装的主要方法，尽管 SMT 的使用早在 1960 年左右就开始了。（您将在我的下一个系列指南中了解有关 SMT 的更多信息。）通孔 PCB 组装是将通孔组件安装到裸印刷电路板 (PCB) 上的过程。通孔技术 (THT) 涉及将组件焊接到板上，其引线穿过板上钻孔。引线焊接到背面的焊盘上，可以手动（手动放置），也可以使用自动插入机。

通孔装配的优点：

为什么要在 PCB 制造过程中尝试通孔组装？

1.更容易原型

通孔元件更换方便；因此它们非常适合PCB 原型和测试。

2.耐热性高

THT键具有高耐热性；因此使其成为航空航天和军用产品的首选

3.更好的功率处理能力

焊接通孔组件可在电路板和组件之间形成牢固的结合。因此，它非常适用于必然会受到以下影响的较大组件：

4.更强的物理连接

THT组件的引线具有更强的物理耐力。它们可以承受环境压力，因为它们焊接在电路板的对面（它们穿过电路板），更强的物理连接更强的物理连接，这就是为什么 THT 是体育场和广告牌 LED 灯的首选。由于暴露在非常恶劣的条件下，它也用于工业设备和机械

通孔装配的缺点

与任何其他制造或组装技术一样，通孔 PCB 组装也有其缺点。

这些包括：

更长的生产时间——需要花费大量时间来钻出预期引线穿过的多个孔。昂贵——由于钻孔过程困难且耗时，增加了生产成本，最小化电路板上的空间——在电路板表面钻孔限制了跟踪信号的布线区域。此外，通过将引线穿过电路板，只有它的一侧可用，从而使 THT PCB 的运行速度稍慢一些。

通孔装配中有两种类型的组件：

a) 轴向引线元件

轴向引线以直线从一端到另一端穿过组件，形成两个端子，一个位于组件的两侧。在通孔组装过程中，引线的两个端子穿过电路板上的孔。因此，该组件最终在电路板上更靠近、更平坦。它们有时用于在板上跨越短距离。

b) 径向引线元件

与轴向引线元件相反，径向引线元件具有在同一表面上从元件主体突出的引线。通常，垂直于板站立。径向引线组件，因此，与轴向引线元件相比，它们占用的空间更小，在板上的覆盖距离也更短。

它们的引线以平行方式从同一安装表面伸出。

通孔PCB组装技术

您可以在通孔 PCB 组装过程中采用很多技术。根据您的独特目标，您可以选择：

1）手动通孔组装

此过程涉及个人和焊接少量电路板，以完善其 PCB 设计。它曾经并且不知何故仍然被较小的初创公司使用，这些公司可能无法负担 PCB 组装过程的自动化。手动组装的电路板的特点之一是它们的质量很难保持一致。

手动PCB组装手工组装工艺今天，有一些小型电子产品，其电路板非常小，在其上手工焊接元件是绝对不可能的。手动组装仅对较大的组件有效，例如通孔芯片封装和 LED 电阻器。手动 THA 的另一个问题是速度。一个人很难手工焊接，比如一次焊接 500 个组件。这意味着仅使用手动THA的公司的生产能力限制了其在当前高科技领域的生存机会。操作员还会接触到焊锡烟雾和助焊剂烟雾。即使是被烙铁烫伤的直接威胁也总是非常真实的。

同样，随着时间的推移，熔点较低的传统焊料已被无铅焊料取代。这些具有较高的熔点，因此难以手工焊接。用手工烙铁润湿焊料需要很长时间，而且焊料的扩散也较少。它们也往往具有非常小的塑料范围，这意味着被焊接的部件必须保持完整，直到焊料冷却和固化。这需要很长时间并且如果必须为多个组件重复它会很烦人。

2）PCB的自动化通孔组装

这是一种在整个装配过程中使用机器的技术。它涉及串联排列的多台机器，每台机器在此过程中执行特定的任务。这些机器有一些操作员和维修技术人员，这就像整个过程中的所有人类参与一样。但是，您可以使用 PCB 堆垛机在进行过程中固定 PCB。

自动化装配线的组成部分是：

当所有这些都放在传送带上时，他们可以在一小时内涂抹焊膏和焊接超过 500 个零件。这些设置的组合产生了一个完美均匀的焊点，这是手工焊接无法匹配的。许多公司已经为他们的 THM 系统配备了小型真空操作的本地风扇。它们有助于减少操作员与铅、镉和铜等危险金属化合物的接触。

通孔与表面贴装 PCB 组装

在不了解通孔与表面贴装 PCB 组装的区别和相似之处的情况下阅读本指南是不公平的。在我们继续之前，让我们快速看一下。除了通孔组装外，另一种PCB组装方法通常是表面贴装PCB组装。

表面贴装器件不需要在 PCB 上钻孔，因为它们的引线不会穿过电路板到达另一端。相反，这些组件具有表面贴装封装。引线通常位于这些封装周围或下方。这些引线通常与位于电路板表面的焊盘直接接触。

通孔和表面贴装组件之间的主要区别是：

 通孔与表面贴装 PCB 组装

1.在板的另一侧钻孔和焊接引线意味着只有板的一侧可以用于THM。

这最大限度地减少了可用于安装组件的空间。但是，在 SMT 中，板的两面都可以使用，因为板上没有钻孔。这使得 SMT 非常适合制造具有许多组件的电路板。因此，它用于创建更小、更轻的设计，这些设计更强大。

2. SMT 中使用的元件通常要小得多，可以在相对较小的板上安装多个元件。

这也增加了功能，从而使 SMT 成为生产更适中、更便携、更高效的电路的更好选择。

3.在SMT中，板能够容纳比THM更多的引脚数；因此，电路板的元件引线数高于 THM。

4. SMT 的产量可能会非常高。

这是因为该过程不像 THM 那样涉及 - 没有钻孔，这通常非常困难且耗时。这种大批量生产可以实现规模经济；因此，每单位的生产成本显着降低，使其成为更有利可图的选择。

5.SMT在设置机器和生产过程中需要比THM更高的资本投资。

因此，它仅适用于规模经济优势有助于克服这些高成本的大规模生产。

6.与THMA相比，使用SMT需要更高水平的技能和技术。对更先进技术的需求也需要付出更高的代价。

7.尽管SMT似乎比它具有压倒性的优势，但通孔方法仍然主要用于测试和原型应用。

这是因为在这个阶段总是需要手动调整。

一、烙铁

烙铁是手工通孔PCB组装的核心设备。它通常有以下几个部分。

考虑烙铁时的提示：烙铁头是烙铁的尖端部分，它加热焊料，使其能够在被连接的组件周围流动。烙铁头的作用是传递热量并提高金属部件的温度，以便能够熔化焊料。在大多数熨斗中，尖端是可更换的。这将允许您始终根据要执行的焊接任务选择要使用的尖端的形状，并在用完时更换它。

PCB组装配件PCB组装配件，这是固定尖端的部分。

它通常由绝缘材料制成，例如木材或橡胶，因为它是用户处理的部分。有电线和金属触点用于将热量从底座传递到尖端。

二、波峰焊机

这对于无法使用烙铁手动实现的批量组装过程尤其必要。

三、拆焊编织

也称为焊锡芯是一种粗铜线，编织在一起用于去除焊料。

IV.焊锡真空

它也被称为吸锡器，用于在拆焊过程中去除残留在通孔中的焊料。通孔 PCB 组装可以手动完成，也可以自动完成。自动化通孔PCB组装过程是一个相当复杂的过程。它涉及使用非常复杂的机器和程序。流程可能因公司而异。然而，典型的自动化通孔 PCB 组装过程需要以下步骤（从普通/透明板开始）。

A.制作通孔PCB

PCB 设计有预先印刷的通孔，用于在将元件焊接到电路板的另一侧之前通过这些通孔。但是这些板究竟是如何制作的——从一块空板到现在可以组装的地步？

i.预生产工程

数据是根据客户提供的数据处理特定PCB的数据（包括成像过程和钻孔程序的数据）。然后，工程师会考虑规格与功能，以便能够设计步骤和检查。

ii. Phototools的准备

制作原图（用于电路板生产的 PCB 图案的照片图像）这是使用精确缩放的电子数据完成的。艺术大师可以是：

(1) 导电图案

(2) 阻焊层

(3) 丝印

iii.打印内层

第三阶段是将图像转移到板面。这是使用感光干膜和紫外线灯完成的。紫外光的目的是聚合干膜。因此，这是将电子数据传输到光电绘图仪的地方。然后，光绘机使用光将图案转移到面板或胶片上。

iv.去除内层

蚀刻掉面板上不需要的铜。现在去除剩余的干膜。剩下的铜电路与设计相匹配。

v.自动光学检测

检查电路以验证它是否与设计匹配并且没有缺陷。为此，对电路板进行扫描，然后检查员验证扫描期间突出显示的任何异常。

vi.层压

在内层上涂上一层氧化层，然后将它们堆叠在一起以提供层之间的绝缘。然后将铜箔添加到堆栈的底部和顶部。在层压过程中，内层置于约 375°F 的极端温度和 275-400psi 之间的压力下。层压后，让PCB在高温下固化。然后在允许材料缓慢冷却之前缓慢降低压力。

七,在 PCB 上钻孔

电路板现在已准备好钻孔，以便在 PCB 层内建立电气连接。主要方法之一是使用激光钻孔

viii.铜沉积

在这个阶段，一层薄薄的铜沉积在钻孔的壁上。必须控制此过程以确保即使在非金属壁上也能充分电镀铜。它在层和通孔之间创建连续性。然后进行面板电镀，在第一个顶部提供更厚的铜沉积物（约 5-8 um）

ix.成像外层

这个过程类似于对内层成像的方法。除了这里，干膜在您打算定义电路的地方被移除，以便镀上额外的铜。该步骤必须在洁净室中进行

x.电镀

这是在没有干膜的区域添加额外电镀的地方。然后涂上锡来保护铜板。

xi.移除外层

AOI 表示自动光学检测。扫描已成像和蚀刻的面板。这确保了电路符合设计，并且没有缺陷。

xiii.阻焊应用

下一步是在整个 PCB 表面上涂抹阻焊油墨。电路板的某些区域暴露在紫外线下。未曝光区域稍后在化学显影过程中被去除。此步骤也在洁净室中完成。

 xiv.表面处理

对暴露的铜区域应用不同的表面处理，以保护表面并实现良好的可焊性。可以使用 HASL、沉银或化学镀镍金进行精加工。

xv.简介

根据客户在格柏数据中的设计，将制造面板切割成特定的形状和尺寸。这可以通过评分、冲压或布线来完成。

十六电气测试

该测试用于检查轨道和通孔互连的完整性。这消除了成品板上短路和开路的可能性。涉及两种方法：对于较小的体积，使用飞针，而基于夹具的用于体积

xvii.最终检查

每块PCB都由专家检查员一一检查。目视检查由经批准的检查员完成。将 PCB 与 Gerber 进行比较是自动化的，但必须通过人眼进行验证。他们还检查了可焊性

xviii.包装

电路板已包装并装箱，准备装运。

B.组装过程

在您订购板（如果您没有）和组件之前，您需要一些技术信息。这对于通孔 PCB 组装过程至关重要。客户通常有 PCB 在组装过程之前必须满足的条件和偏好。

这些包括：

1.BOM信息

您将需要有指导您订购零件的信息。或者，如果您在公司内有这些组件，请对其进行整理您只能根据客户的规格知道要使用的零件。这就是我们所说的BOM。

2.阻焊

您需要从客户那里收到Gerber 文件，这些文件确定在焊膏沉积期间应该接收焊料的电路板区域。焊膏是回流组装中使用的焊料。

3.放置数据

这包括有关板上每个部分的空间坐标和旋转分布的详细信息。机器必须配置有关于在哪里放置什么的特定信息。如果贵公司不自己生产板子，那么了解客户规格后的第一步就是下订单。如果您有电路板，则在采购要组装到电路板上的组件时仍然适用。充分研究确定哪家公司将提供最优质的电路板或零件至关重要。例如，您必须了解公司在产品质量方面的历史。诸如气垫板爆裂之类的事件通常会降低消费者对公司产品的信心。您不想订购组装完成后没有公司愿意购买的电路板和组件。在这方面，必须考虑以下因素

4.认证

您要订购 PCB 的公司必须获得销售此类产品的认证。只有这样，您才能获得高质量的印刷电路板和组件。

5. 卓越

您需要使用高科技机器和设备的制造商。此外，他们应坚持严格的质量控制和保证。

6.经验

在通孔装配工艺领域的多年经验和专业知识也很重要。选择一个好的组件供应商非常重要，因为组件质量通常决定最终产品的质量。在做出这些考虑并选择您首选的组件供应商之后，下一步就是组装过程本身。在真正的 PCB 组装过程开始之前，您需要遵循一些初始步骤。这些过程旨在评估 PCB 的功能。例如，您必须进行DFM 检查。制造检查设计是帮助公司在产品设计中预防、检测、量化和消除制造中的浪费或低效的过程。检查检查 PCB 的所有设计规范，以识别任何缺失、冗余或有问题的功能。必须确定这些问题，因为它们可能会损害最终项目的功能。您现在可以开始组装过程。在进入焊接过程之前，您必须做好准备工作。

C.焊接准备

在开始焊接之前，您需要在烙铁头上镀锡。这仅仅意味着用薄焊料涂层覆盖尖端，以增强从尖端到组件的热量传递。

I.热身熨斗

您即将开始焊接，首先要做的是彻底预热熨斗。现在，如果熨斗是新的，您可能需要加热更长时间，因为它们通常带有一些涂层以防止腐蚀。

II.获得一些空间

当烙铁变热时，给自己留出足够的工作空间。你需要这个空间来确保你把熨斗放在好位置，以避免任何滴落的焊料落在你的身上。

另外，准备一些纸板，这样滴落的焊料会掉在上面。此外，将一块湿润的海绵放在支架上的烙铁底部。

III.在烙铁头上涂焊锡

如果尖端没有完全覆盖，未覆盖的部分通常会收集助焊剂残留物。这使其无法将热量发挥到最佳状态。因此，您将需要在尖端周围运行焊料，直到它被完全覆盖。这是因为一旦开始焊接，您将在组件上涂抹大量焊料。

IV.清洁烙铁头

一旦尖端完全涂上焊料，用湿海绵将其擦去以去除所有助焊剂残留物。确保在助焊剂变干之前执行此操作。

D.焊接PCB

现在，以下是焊接 PCB 的一些关键步骤：

第 1 步：准备表面

如果您想获得牢固的连接，则必须确保在开始应用焊料之前所有要焊接的表面都是干净的。清洁表面时，请注意不要磨损 PCB 材料。您可以使用 3M Scotch Brite 垫，通常在汽车车身商店有售。如果您觉得板上有垫子无法去除的坚硬沉积物，您也可以使用正弦级钢丝绒。但是，您必须小心操作，因为钢丝绒可能会卡在孔之间。使用甲基水合物或丙酮清洁任何可能残留的垫子，并去除电路板表面的化学污染物。如果电路板是丝网印刷的，请确保首先测试溶剂，因为它们可以去除墨水。此外，使用热空气清除可能留在孔中的任何垃圾。最后，还要擦拭组件引线，以去除可能随时间累积在那里的任何锈蚀或胶水。

第 2 步：组件放置

放置元件时，从电阻器和信号二极管等更小、更扁平的元件开始。然后，转向更大更高的变压器和功率晶体管。如果您从较大的开始，在较大的元素之间固定较小的元素可能会很困难。因此，从较小的开始是为了确保电路板保持相对平坦，并且烙铁可以轻松到达电路板将引线焊接到孔上。此外，更重要的组件一旦放置，可能会在放置更多组件时难以转动电路板。更糟糕的是，如果处理不当，它们甚至可能损坏电路板。有些组件也比其他组件更精致和敏感。这些应该保留到所有更坚固的组件都被焊接为止。这是因为如果它们被提前放置，它们在放置和焊接其他组件的过程中可能会受到损坏。放置元件时，将引线插入板上的正确孔。然后，适当弯曲引线以将组件固定到位。让弯曲部分略高于焊接区域，以尽量减少所需的热量和焊接量。如果引线太短而无法弯曲，您可以使用遮蔽胶带将组件固定到位。

第 3 步：加热引线和焊盘

在烙铁的尖端涂抹一些焊料，以帮助将热量传导到电路板和组件，并在电路板和引线之间形成接触。将熨斗的尖端放在元件引线和电路板的交汇点处。确保电路板和引线都能吸收足够的热量。接头应该在一两分钟后准备好焊接。不要加热垫，直到它开始在下面冒泡。

第 4 步：将焊料涂在接头上

加热引线和焊盘后，将焊料的尖端带到元件引线和焊盘上。然后用熨斗的尖端触摸。只要两者已经充分加热，焊料就应该在焊盘和 LED 周围流动。添加更多焊料，直到它完全覆盖焊盘并形成一个小堆。完成此操作后，停止添加焊料，然后取下烙铁。不要移动接头以使焊料冷却和固化。在焊料完全重新凝固之前移动接头会导致冷接头，其通常具有暗淡、颗粒状的外观。如果发生这种情况，请再次涂抹少量焊料并让其冷却。

第五步：联合检查和清理

完成焊接接头后，检查是否有冷接头或流动不良。修剪焊点上方的引线。使用仪表检查电阻并使用放大镜检查接头以确定过程是否完美。您还需要使用甲基水合物和抹布清洁板上的整个助焊剂残留物，尽管有些可能需要更强的溶剂。如果清洗不当，助焊剂可能会吸水并成为导体，因为有些助焊剂具有吸湿性。清洁完所有助焊剂后，用热空气吹干电路板。

如何寻求通孔PCB组装服务商

只要您知道您希望如何完成工作的具体细节，寻找可靠的通孔 PCB 组装服务绝不是一项艰巨的任务。几家通孔PCB组装公司在网上很容易找到，但几乎每个城镇也有小型PCB组装车间。以下是您在寻求通孔 PCB 组装服务提供商之前需要考虑的一些主要方面：

拥有训练有素的员工，能够提供始终如一的高质量装配服务。注重细节：准确解释客户要求的能力对于确保最终产品完全满足客户期望非常重要。成本效益 - 一个好的 PCB 组装供应商是对其服务收费合理的供应商。时间——最好的装配公司是有能力在规定时间内完成工作的公司。可靠 - 应该是您始终可以信赖的公司，可以提供最优质的装配服务。

通孔组装服务商的能力，需要考虑的一些主要功能包括：

·波峰焊

使用波峰焊机可以进行批量焊接。这使得组装服务提供商可以在短时间内组装几块板，这是手工/手工焊接无法实现的。

·手插元件

应该有足够的熟练工人，对最佳组件插入程序有完全的了解。它将确保组件始终准确插入

·手工元件焊接

手工焊接通常容易出错。只有最有经验和最熟练的焊接专家才值得信赖手工焊接。

·三防漆

应该可以添加保形涂层材料来保护元件和电路板。这通常使用沿 PCB 轮廓的薄聚合物薄膜来完成。这些薄膜防水、防潮，并为 PCB 提供腐蚀保护

·灌封

也称为PCB封装；它有助于硬化和永久保护组件。它提供了完整的保护，因为它为 PCB 提供了电气和机械稳定性。为此，将组装好的电路板浸入化学品中。它可以在那里放置一段时间，使其硬化到足以承受环境压力和“威胁”。

·ROHS焊接

随着政府推动减少进入环境的铅量，公司争先恐后地采用 ROHS（减少有害物质）焊接。然而，由于无铅焊接带来的挑战——无铅焊料需要非常高的温度才能熔化——一些仍然使用铅焊料。因此，在采购通孔组装服务时，请确保您确认服务提供商已接受 ROHS 焊接。为确保组装服务能够满足您的需求，服务提供商应该能够在全面组装开始之前提供原型供您确认。原型搭建的准确性也会让你了解服务商的其他能力。他们应该准备好为所有装配量执行此操作。

·IC编程

有些板需要使用指令进行编程。因此，您应该确认服务提供商有能力使用可编程 IC。此外，他们应该用你定义的指令正确地喂养他们。

· 功能测试和自动化检查

使用自动检查对于最大限度地缩短周转时间以确保及时交付电路板非常关键。

结论

如您所见，PCB 的通孔组装可能非常耗时。但是，在某些应用中，安装更重、更笨重的组件时更值得这样做。如您所见，您可以通过在背面焊接组件来轻松实现强度。事实上，几乎不可能拉动使用通孔装配装配的组件。