1.1 Проектирование для выводного монтажа (THT)

Технология выводного монтажа (THT) сохраняет свою актуальность для обеспечения механической стабильности (например, для тяжелых разъемов или реле), размещения мощных компонентов и создания соединений, превосходящих по механической прочности компоненты поверхностного монтажа (SMT). В условиях массового производства THT демонстрирует максимальную надежность, когда компоновка печатной платы (PCB) разработана с учетом динамики расплавленного припоя. Внимательное проектирование таких параметров, как зазор отверстия, тепловой баланс и ориентация компонентов, позволяет значительно снизить количество типичных дефектов, таких как перемычки (мостики) припоя или неполное заполнение отверстий.

Цель проектирования для производства (DFM): Обеспечение потока припоя и заполнения отверстий

При автоматизированной пайке THT расплавленный припой должен подниматься по выводу и заполнять металлизированное отверстие за счет капиллярного эффекта. Этот эффект зависит от наличия достаточного физического пространства для потока припоя и достаточного количества тепла для поддержания его в жидком состоянии. Поэтому точное соблюдение геометрии отверстий и локальный контроль теплового режима являются критически важными.

Размер отверстия и структура платы

Зазор отверстия: Пространство между внутренней стенкой металлизированного отверстия и выводом компонента формирует канал для припоя. Это пространство позволяет газам флюса выходить, а расплавленному припою — подниматься. Слишком узкий зазор препятствует капиллярному потоку и приводит к неполному заполнению отверстия.

Параметры платы и меди	Диаметр готового отверстия (относительно максимального диаметра вывода)	Обоснование
Стандартная плата (< 2,0 мм толщиной, < 2 унции меди)	Зазор +0,20 – 0,30 мм	Обеспечивает достаточное пространство для капиллярного подъема и выхода газов флюса.
Толстые платы или платы с тяжелой медью (≥ 2,0 мм толщиной или ≥ 2 унции меди)	Зазор +0,30 – 0,45 мм	Толстые платы имеют больший объем для заполнения и выступают в роли более мощных теплоотводов, что обычно требует более широкого канала для потока припоя.

Контактная площадка (Annular ring): Медное кольцо, окружающее отверстие на поверхности слоя, обеспечивает структурную целостность для выдерживания механических нагрузок и тепловых циклов, в том числе при возможной доработке. Рекомендуется обеспечивать минимум 0,25–0,30 мм радиальной меди вокруг отверстия. Это соответствует общему диаметру контактной площадки, который примерно на 0,5 мм больше диаметра готового отверстия.

Управление тепловыми режимами

Распространенной причиной неполного заполнения отверстия или образования холодных паяных соединений при THT-монтаже является недостаток локального тепла. Когда выводы соединяются непосредственно с большими внутренними полигонами (сплошными заливками) или массивными слоями земли, эти области действуют как теплоотводы, отводя тепловую энергию и охлаждая припой до того, как он сможет эффективно заполнить отверстие.

Тепловые переходы (Thermal relief): Тепловые переходы необходимо использовать, когда выводы соединяются с внутренними полигонами. Небольшие медные «спицы» соединяют контактную площадку с полигоном, ограничивая площадь поперечного сечения для отвода тепла. Это позволяет поддерживать локальную температуру пайки, обеспечивая при этом надежное электрическое соединение.
- Стандартная практика: Использование 4 спиц шириной 0,25–0,40 мм является типичным. Если вывод соединен с массивными полигонами как на верхнем, так и на нижнем слое, тепловые переходы должны применяться симметрично с обеих сторон.
Балансировка меди: Сохраняйте симметричное распределение меди вокруг областей с высокой плотностью выводов (например, у большого разъема). Асимметричные заливки создают локальные холодные зоны и приводят к неравномерному капиллярному подъему припоя.

Компоновка и ориентация для автоматизированного оборудования

Физическая ориентация THT-выводов относительно направления движения волны припоя или селективной паяльной головки влияет на вероятность образования перемычек.

Ориентация пайки волной припоя: Длинные ряды контактов должны располагаться перпендикулярно направлению потока волны. Ряды, расположенные параллельно волне, создают узкие каналы, которые захватывают расплавленный припой, значительно увеличивая риск образования мостиков.
Стягивающие площадки (Solder Thieving): Для компонентов THT с мелким шагом необходимо добавить нефункциональные медные подложки ниже последнего контакта (стягивающие площадки (Solder Thieving)). Эти подложки отводят избыточный припой от последнего контакта, когда он выходит из волны, предотвращая образование сосулек и мостиков.
Зона запрета для компонентов SMT: При селективной пайке или использовании волнового поддона компоненты SMT на нижней стороне платы должны находиться на расстоянии не менее 3-4 мм от контактов THT. Эта зона обеспечивает буфер, чтобы компоненты SMT не подвергались воздействию брызг припоя или насадки. Компоненты SMT, находящиеся рядом с зоной пайки волной припоя, должны быть закреплены с помощью клея или перемещены на верхнюю сторону платы.

Подготовка выводов и фиксация

Подготовка выводов компонентов и метод фиксации платы во время пайки также влияют на качество результата.

Выступ вывода: После пайки волной припоя и обрезки вывод должен выступать над верхней контактной площадкой на 0,5–1,5 мм. Слишком короткий вывод препятствует достаточному капиллярному действию, а чрезмерно длинный приводит к перерасходу припоя и увеличивает риск образования мостиков.
Избегайте подгиба выводов: При использовании автоматизированных методов пайки выводы должны оставаться прямыми, без подгиба над контактной площадкой, если это не требуется для механической фиксации компонента. Подогнутые выводы блокируют поток припоя и могут удерживать остатки флюса.
Проектирование под технологическую оснастку (трафарет): Если для пайки платы требуется оснастка (трафарет), при проектировании ПП необходимо предусмотреть достаточное количество монтажных отверстий и технологические поля по краям панели для надежного крепления. Края окон в трафарете должны отстоять не менее чем на 2,5–3,0 мм от ближайшей паяемой контактной площадки, чтобы не препятствовать потоку припоя.

Распространенные проблемы проектирования и способы их устранения

Проблема проектирования	Симптом	Рекомендация DFM
Слишком узкий зазор отверстия.	Неполное заполнение, соединение выглядит обедненным припоем.	Увеличьте диаметр готового отверстия на +0,1 мм, сохранив достаточный размер контактной площадки.
Крупный медный полигон отводит слишком много тепла.	Холодные паяные соединения, тусклый вид, неполное смачивание.	Добавьте тепловые переходы в месте соединения контактной площадки с полигоном.
Слишком маленькая контактная площадка.	Отслоение площадки или кратеры при ручной доработке.	Проектируйте с минимальной радиальной медью 0,25 мм. Используйте каплевидные переходы для тонких проводников.

Резюме: Параметры THT-монтажа

Параметр	Требование	Значение / Рекомендация
Зазор отверстия	Обеспечить капиллярный подъем припоя и выход газов.	+0.20–0.30 мм (стандартная плата). +0.30–0.45 мм (толстая плата / тяжелая медь).
Контактная площадка (Annular ring)	Обеспечить механическую прочность.	Минимум 0.25–0.30 мм радиальной меди вокруг отверстия.
Тепловые переходы (Thermal relief)	Предотвратить отвод тепла к полигонам.	Обязательны для соединения с полигонами. 4 спицы шириной 0.25–0.40 мм.
Ориентация для волны	Минимизировать перемычки (мостики) припоя.	Ряды выводов — перпендикулярно направлению волны.
Зона запрета для SMT	Защитить SMT-компоненты при пайке THT.	3–4 мм от THT-выводов на нижней стороне.