La technologie du trou traversant est une méthode de base pour monter des pièces sur une carte de circuit imprimé en faisant passer leurs fils à travers des trous percés et en les soudant sur des plaques. Cet article explique les trous plaqués et non plaqués, les pièces de la pile de padstack, la taille et l’ajustement des trous, l’espacement, le flux thermique, les méthodes d’assemblage, les composants, la comparaison SMT, les points de fiabilité et les défauts avec des réparations, le tout en étapes claires et détaillées ci-dessous.
Bases du trou traversant dans la conception de circuits imprimés
Le trou traversant est une méthode de montage de pièces sur une carte de circuit imprimé (PCB) en faisant passer leurs câbles métalliques à travers des trous percés dans la carte. Les fils sont soudés sur des tampons en cuivre, ce qui crée à la fois une prise mécanique solide et une connexion électrique claire. Comme le fil traverse toute l’épaisseur du PCB, la soudure est maintenue à l’intérieur de la carte, pas seulement à la surface. Lorsque les parois du trou sont plaquées cuivre, le trou peut aussi relier les couches de cuivre à l’intérieur de la planche.
Termes courants :
• THT (Through-Hole Technology) - utilisant des trous percés dans le PCB pour monter et connecter des pièces.
• THM (Montage à trou traversant) - un autre nom pour la même méthode de montage.
Trous traversants plaqués vs non plaqués
| Type de trou | Nom complet | Placage de cuivre dans un baril | Fonction principale |
|---|---|---|---|
| PTH | Trou traversant plaqué | Oui | Fournit une connexion électrique et prend en charge les composants |
| NPTH | Trou traversant non plaqué | Non | Fournit un montage mécanique ou un dégagement, sans conduction |
Parties d’une pile de blocs à trou traversant
• Trou de perçage - l’ouverture dans le circuit imprimé réalisée par une perceuse ou une défonceuse, par laquelle le câble passe.
• Corps - le cuivre sur la paroi du trou dans les trous plaqués, qui permet au courant de circuler entre les couches.
• Placards extérieurs (haut et bas) - zones en cuivre sur les surfaces extérieures du PCB où la soudure se lie au fil.
• Plaquets de couche intérieure – zones en cuivre sur les couches intérieures qui se connectent au même chemin électrique que le trou.
• Anneau annulaire - l’anneau en cuivre autour du trou de forage qui maintient la plaque connectée et aide à empêcher sa rupture.
Taille du trou traversant et ajustement du plomb
Taille du trou traversant et ajustement en plomb
La taille du trou dans un tampon traversant doit correspondre à la mine métallique, mais elle ne devrait pas être la même. Le trou doit également laisser de la place pour le plaquage en cuivre et la variation normale du forage. Un petit jeu supplémentaire est ajouté au-dessus du diamètre du plomb afin que le plomb puisse glisser en douceur et que la soudure puisse s’écouler autour. Cela aide le joint à rester solide et plus facile à assembler.
Si le trou est trop étroit
Quand le trou est trop serré, il est difficile de le traverser. Cela peut racler le cuivre, plier le tampon ou exercer une forte contrainte sur le canon. Avec le temps, cette contrainte peut provoquer des fissures dans le cuivre ou faire soulever les coussinets de la carte, ce qui peut endommager la connexion.
Si le trou est trop lâche
Lorsque le trou est trop lâche, l’espace entre la mine et le canon devient important. La soudure peut ne pas remplir cet espace, de sorte que le filet peut être fin ou faible. La mine peut pencher d’un côté, ce qui affecte les tests et rend la planche irrégulière. Dans ce cas, la majeure partie de la résistance vient uniquement de la soudure, plutôt que d’un ajustement serré entre le plomb et le trou.
Planification de la pile de pads pour les tampons à trous traversants
Coussinets extérieurs
Les coussinets extérieurs sont les zones en cuivre sur le dessus et le bas de la planche autour du trou. Ils laissent de l’espace pour que la soudure adhère au câble, rendant le joint facile à voir et à vérifier.
Connexions de couches internes
Les coussinets de couche interne déterminent quelles couches de cuivre sur la carte se connectent au canon plaqué. Ils guident la façon dont la puissance et les signaux circulent sur le plateau et aident à garder le chemin clair et contrôlé.
Anti-protections
Les anti-pads sont des ouvertures précises sans cuivre autour du canon, dans des couches de cuivre sur un filet différent. Ils empêchent le canon de court-circuiter vers le cuivre proche et aident à contrôler le comportement des signaux ainsi que les bruits indésirables.
Règles des couches
Les règles de couche fixent les tailles des pads, les espaces et les motifs de dégagement thermique sur chaque couche. Ces règles maintiennent un espacement constant et aident les coussinets à chauffer et refroidir de manière contrôlée lors de la soudure.
Cohérence des bibliothèques
La cohérence dans la bibliothèque signifie utiliser des blocs standards pour les tailles courantes de plomb et garder les noms clairs et organisés. Cela facilite la correspondance des empreintes, des piles de blocs et des diagrammes de drill sans confusion.
Espacement et placement des tampons dans les trous traversants
Espacement trou-à-trou et espacement entre les pads
• Laisser suffisamment d’espace pour que les filets de soudure ne se touchent pas et ne forment pas de ponts entre les coussinets.
• Un point de départ courant est un espacement bord-bord autour de 1,27 mm, mais la valeur exacte dépend des limites du fabricant du PCB.
Distance par rapport aux bords de la planche
• Garder les coussinets et trous traversants loin du bord extérieur de la planche et des languettes détachantes.
• Une distance supplémentaire réduit le risque que les coussinets se fissurent ou se cassent lorsque la planche est découpée du panneau.
Signaux à proximité
• Éviter de placer de nombreux patins traversants trop près des pistes numériques rapides ou des pistes analogiques sensibles.
• Les courants dans les barils et les plans en cuivre peuvent se coupler dans les lignes de signal voisines et affecter la qualité du signal.
Décharge thermique et flux de chaleur autour des tampons traversants
Écoulement de chaleur et tampons difficiles à souder
Lorsqu’un tampon est attaché directement à une grande surface en cuivre, le cuivre retire la chaleur lors de la soudure. Le tampon peut ne pas chauffer assez, et la soudure peut ne pas humidifier correctement le joint.
Utilisation des soulagements thermiques
Les soulagements thermiques utilisent de fines rayons en cuivre entre le pad et le plan. Cela permet de garder un bon chemin électrique tout en ralentissant la perte de chaleur, donc le pad chauffe plus vite et la soudure est plus facile.
Équilibrage du cuivre autour de la jonction
Garder des zones similaires en cuivre des deux côtés du plomb aide les deux côtés à chauffer à un rythme similaire. Cela permet un écoulement de soudure plus fluide et une jonction plus uniforme.
Planification des pièces porteuses de puissance
Pour les plaques qui transportent plus de courant, combinez les soulagements thermiques avec des coulées en cuivre et des via thermiques. Cela répartit la chaleur tout en gardant la plaquette soudable et stable.
Méthodes d’assemblage pour les composants traversants
Soudure manuelle
• Utilisé pour les prototypes, les petits lots et les travaux de réparation.
• Permet un contrôle précis de chaque articulation mais est plus lent que les méthodes mécaniques.
Soudure par vagues
• Le PCB se déplace sur une « onde » fluide de soudure en fusion sur la face inférieure.
• Souder plusieurs joints en même temps et fonctionner bien lorsque la plupart des pièces sont traversantes.
Soudure sélective
• Utilise une petite buse à soudure pour appliquer la soudure uniquement sur les tampons et broches choisis.
• Convient aux cartes mixtes où un côté a des pièces SMT et l’autre côté des pièces traversantes, réduisant le masquage et limitant la chaleur sur les parties voisines.
Types courants de composants traversants
Connecteurs
Les connecteurs à trou traversant sont utilisés lorsque des figues, fils ou câbles nécessitent un ancrage ferme. Leurs fils traversent la carte et aident à répartir les forces de traction et de poussée entre les soudures, le PCB et le boîtier, maintenant la connexion stable dans le temps.
Pièces d’alimentation
Les pièces de puissance ont souvent une masse plus grande et génèrent plus de chaleur que les pièces à petit signal. Le montage par trou traversant offre un solide support mécanique sur toute la planche, et du matériel supplémentaire, comme des vis ou des clips, peut être utilisé avec les pattes pour maintenir ces pièces en place.
Condensateurs électrolytiques radiaux
Les condensateurs électrolytiques radiaux offrent une capacité élevée dans une surface relativement réduite, avec deux fils qui traversent la carte. Les fils traversants aident à maintenir le corps stable pendant le fonctionnement et la soudure, assurant ainsi une fiabilité à long terme dans les chemins d’alimentation et de filtrage.
Résistances axiales et diodes
Les résistances axiales et les diodes utilisent des fils aux deux extrémités, leur permettant de couvrir une plus grande distance sur la carte. Le montage par trou traversant convient bien aux configurations nécessitant un espacement plus long entre les fils ou un entre-temps à tension plus élevée, et il convient également à de nombreux modèles de cartes plus anciens ou faciles à réparer.
Trou traversant comparé aux pièces montées en surface
| Facteur de conception | Trou traversant | SMT (Technologie de montage en surface) |
|---|---|---|
| Charge mécanique | Un fort soutien au sein du conseil | Capacité de charge réduite sans points de support supplémentaires |
| Densité des PCB | Densité de parties plus faible | Densité de parties plus élevée d’un ou des deux côtés |
| Retravail manuel | Adapté au soudurage à la main et aux échanges de pièces | Plus difficile avec des pièces très petites ou à hauteur fine |
| Assemblage à haut volume | Équipements d’insertion plus lente | Processus rapides de pick-and-place et de reflow |
| Cartes fines/compactes | Moins adapté aux produits fragiles et compacts | Parfaitement adapté aux plans étroits et très compacts |
Facteurs de fiabilité pour les soudures à trou traversant
Qualité du filet de soudure
Un bon assemblage a de la soudure qui s’enroule doucement autour du plomb et du tampon sans espaces ni fissures. Une surface solide et uniforme aide l’articulation à transporter le courant et à supporter les contraintes.
Placage du canon
Le cuivre dans le canon doit être suffisamment épais et solidement fixé aux tampons. Des fissures ou des séparations dans ce cuivre peuvent interrompre le chemin électrique même si l’extérieur semble normal.
Profil thermique
Le temps et la température de soudure doivent être réglés pour que le joint chauffe suffisamment pour un bon mouillage sans surchauffer les tampons ou les barils. Trop peu de chaleur entraîne des articulations faibles ; Trop peut soulever les coussinets ou endommager la planche.
Soutien mécanique
Les pièces lourdes ou hautes ne doivent pas se reposer uniquement sur leurs branches et leurs soudures pour le support. Un soutien supplémentaire qui limite le mouvement réduit la pression sur les articulations et les aide à durer plus longtemps.
Défauts et corrections courants des trous traversants
| Symptôme | Cause probable | Corrections |
|---|---|---|
| Mauvaise mouille / articulation émoussée | Pad pas assez chaud ; flux faible ou ancien | Ajoutez un soulagement thermique là où c’est nécessaire, ajustez le profil thermique, et utilisez un flux frais |
| Broche non centrée/inclinée | Trou trop grand ; Positionnement des pièces lâches | Utilisez un trou plus petit et améliorez la tenue des pièces lors de la soudure |
| Ponts à soudure | Des coussinets trop proches ; trop de soudure | Augmenter l’espacement des pads, ajuster les réglages d’onde ou sélectif, et affiner la disposition des masques de soudure |
| Rampe surélevée | Trop de chaleur ou retravail répété | Réduire la chaleur et le temps de soudure, limiter les retravails et améliorer la tension |
Conclusion
Les détails sur les trous traversants dans cet article couvrent bien plus que le simple forage de base. Ils relient le type de trou, la forme de la pile de cordes, l’espacement et l’équilibre cuivre à la soudure et la résistance des joints au fil du temps. Les méthodes d’assemblage et les pièces standard montrent que le trou traversant s’adapte toujours à côté du SMT sur les cartes modernes. Les contrôles de fiabilité et les corrections de défauts relient tout afin que les mêmes règles puissent guider les joints stables depuis la mise en page jusqu’à la production et l’utilisation à long terme sur le terrain.
Foire aux questions
Quelle est la taille minimale standard du trou traversant dans les PCB ?
Une taille minimale standard de forage est d’environ 0,20 à 0,30 mm. Des trous plus petits sont possibles mais nécessitent un traitement spécial.
14,2 Quelle est l’épaisseur du blindage en cuivre dans un trou traversant plaqué ?
Le cuivre du baril a quelques dizaines de micromètres d’épaisseur, suffisant pour transporter le courant et résister aux cycles thermiques.
Comment la soudure sans plomb affecte-t-elle la soudure à travers les trous ?
La soudure sans plomb fond à une température plus élevée, donc les tampons et les barils subissent des températures plus élevées et nécessitent un profil soigneusement contrôlé.
Comment les soudures traversantes sont-elles vérifiées pour la qualité ?
Ils sont vérifiés par inspection visuelle ou optique automatisée pour la forme du filet, l’humidification et la position des goupilles, et parfois en découpant des panneaux d’échantillonnage pour des contrôles de section transversale.
14,5 Que fait le revêtement conformal autour des trous traversants ?
Il forme une fine couche protectrice autour des câbles et des coussinets pour se protéger de l’humidité et de la saleté, laissant les zones masquées ouvertes à des contacts ultérieurs ou à la soudure.
Comment les vibrations affectent-elles les pièces traversantes ?
Les vibrations font bouger les fils et les soudures avec la carte, ce qui peut fatiguer les joints si le mouvement est important ou constant. Un soutien supplémentaire et des planches plus rigides aident à réduire le stress.
