Doorsteekcomponenten zijn elektronische componenten met aansluitingen of terminals die in gaten in een printplaat worden gestoken en gesoldeerd om mechanische en elektrische verbindingen te maken. In de beginjaren was THT (Through-hole Technology) de belangrijkste printplaatassemblagetechnologie, maar naarmate de integratiegraad van moderne circuits toeneemt, worden componenten compacter. Elektronica-ingenieurs kiezen tegenwoordig daarom steeds vaker voor kleinere SMT-componenten (Surface Mount Technology) . Het is echter onmiskenbaar dat THT, dankzij zijn eigen voordelen, nog steeds een belangrijke plaats inneemt in de printplaatindustrie. In dit artikel introduceren we doorsteekcomponenten vanuit verschillende invalshoeken en geven we inzicht in hoe je kunt kiezen tussen SMD- en doorsteekcomponenten. Lees verder voor meer informatie!
Typen doorlopende gaten
Axiale leidingscomponenten
Axiaal geleidende componenten hebben geleiders die parallel aan de as van elk uiteinde van het onderdeel lopen. Veelvoorkomende voorbeelden zijn:
- Weerstanden: Doorlopende weerstanden bieden weerstand aan de elektrische stroom en hebben aan beide uiteinden aansluitingen, waardoor ze eenvoudig door gaten in een printplaat kunnen worden gestoken.
- Condensatoren: Condensatoren met axiale aansluitingen slaan elektrische energie op en geven deze weer af. Ze hebben ook aansluitingen aan beide uiteinden voor montage in doorlopende gaten.
- Diodes: Axiale draaddiodes laten stroom in één richting door en hebben doorgaans aansluitingen aan beide uiteinden.
Radiale leidingcomponenten
Radiaal geleidende onderdelen hebben aansluitingen die loodrecht op de as van de componentbehuizing lopen. De volgende componenten hebben vaak radiale aansluitingen:
- Transistoren: Transistoren met radiale aansluitingen worden gebruikt voor versterking en schakeling. Ze hebben aansluitingen aan één kant van het component voor doorlopende montage.
- IC's (Integrated Circuits): Sommige IC's worden geleverd in behuizingen met radiale aansluitingen. Deze zijn minder gebruikelijk dan andere IC-behuizingen, maar worden nog steeds in specifieke toepassingen gebruikt.
DIP IC's
Geïntegreerde schakelingen met dubbele in-line behuizing (DIP) hebben pinaansluitingen die aan beide lange zijden van een rechthoekige kunststof behuizing uitsteken. DIP-IC's zijn geschikt voor doorlopende soldeergaten en breadboarding.
Pinnen en connectoren
- Pinnen: doorlopende pinnen kunnen voor verschillende doeleinden worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het creëren van testpunten of het maken van verbindingen tussen printplaten of componenten.
- Connectoren: Through-hole connectoren worden gebruikt om elektrische verbindingen tot stand te brengen tussen de printplaat en externe apparaten. Ze zijn er in verschillende vormen, waaronder D-sub connectoren, pinheaders en meer.
Andere doorlopende componenten zijn onder andere zekeringen, ferrietkraal-inductoren, transformatoren, potentiometers en relais. Unieke geometrische aansluitingen maken doorlopende soldeerverbindingen mogelijk.
Lees onze andere blog voor alle soorten PCB-componenten: https://www.mokotechnology.com/circuit-board-components/
Hoe soldeer ik doorlopende componenten?
- Bereid uw werkgebied voor
Om je voor te bereiden op het solderen, reinig je eerst de onderdelen die je gaat verbinden. Gebruik isopropylalcohol om vuil en stof van de aansluitingen en de printplaat te verwijderen. Laat alles aan de lucht drogen of veeg het voorzichtig af met een pluisvrije doek. Deze snelle reiniging zorgt ervoor dat het soldeer beter hecht, zodat je stevige en duurzame verbindingen kunt maken.
- Maak de soldeerboutpunt schoon
Maak de punt van de soldeerbout schoon voordat u gaat solderen. Verwarm de soldeerbout en veeg hem vervolgens voorzichtig af met een vochtige spons. Dit verwijdert oxidatie en vuil, waardoor de soldeerbout efficiënt warmte kan overbrengen en schone soldeerpunten krijgt.
- Plaats het onderdeel
Steek de draden van het doorlopende component in de juiste gaten op de printplaat.
- Buig de draden (indien nodig)
Als het onderdeel lange draden heeft, kunt u deze aan de andere kant van de printplaat iets naar buiten buigen, zodat het onderdeel op zijn plaats blijft tijdens het solderen.
- Verwarm de verbinding
Plaats de punt van de soldeerbout zo dat deze tegelijkertijd de aansluitdraden van het component en de soldeerpunten op de printplaat raakt. Zorg ervoor dat de punt zowel de aansluitdraden als de soldeerpunten op de printplaat raakt.
- Soldeer aanbrengen
Zodra de verbinding verhit is (meestal binnen 2-3 seconden), raak je de soldeerdraad aan. Het soldeer moet soepel rond de verbinding vloeien en zowel de aansluiting als het soldeerpunt bedekken. Breng niet te veel soldeer aan; een kleine hoeveelheid is meestal voldoende.
- Verwijder het soldeer en het ijzer
Zodra het soldeer vloeit, trek je eerst de draad terug en vervolgens de soldeerbout. Houd de verbinding een paar seconden stil terwijl het soldeer hard wordt en uithardt. Deze afkoeltijd is cruciaal voor een sterke, duurzame verbinding tussen de onderdelen. Beweeg het onderdeel of de printplaat niet totdat het soldeer hard is om te voorkomen dat er "koude verbindingen" ontstaan.
- Inspecteer de verbinding
Controleer de soldeerverbinding visueel om er zeker van te zijn dat deze glanzend, glad en gelijkmatig verdeeld is. Een goed gesoldeerde verbinding hoort een concaaf, licht verhoogd uiterlijk te hebben.
- Overtollige draden afknippen
Gebruik indien nodig een vlakkniptang om overtollige componentkabels gelijk met de printplaat af te knippen. Houd bij het afknippen van overtollige kabels rekening met een beetje ruimte tussen de snede en de soldeerpunt. Als u te dicht bij de verbinding komt, riskeert u schade aan de zojuist gemaakte verbinding.
- Herhaal het proces
Herhaal stappen 3 tot en met 9 voor elk doorlopend onderdeel op uw printplaat.
- Maak de printplaat schoon (optioneel)
Zodra al het solderen is voltooid, is het tijd om de printplaat schoon te maken. Gebruik isopropylalcohol en een klein borsteltje of wattenstaafje om voorzichtig eventuele restjes flux te verwijderen. Dit verwijdert vuil en zorgt ervoor dat de soldeerpunten en de printplaat schoon blijven.
- Test het circuit
Controleer de soldeerpunten nogmaals en zorg ervoor dat er geen soldeerbruggen of kortsluitingen zijn voordat u het apparaat sluit of inschakelt.
Tips voor het verwerken van doorlopende componenten in uw PCB-ontwerp
Hier volgen enkele tips voor het effectief verwerken van doorlopende gaten in uw volgende printplaatlayout:
- Evalueer waar doorlopende componenten zinvol zijn – Houd rekening met factoren zoals kosten, montagetijd, vervangingsbehoefte en trillingsbestendigheid. Doorlopende componenten kunnen de voorkeur hebben voor connectoren, stroomvoorziening of kritische componenten.
- Zorg voor de juiste gatgrootte – Volg de specificaties van de fabrikant voor de boordiameter. Een te kleine diameter verhoogt de weerstand en een te grote diameter kan de kwaliteit van de soldeerverbinding beïnvloeden. Houd er rekening mee dat de soldeerpunten groter zijn dan de gaten.
- Let op de afstand – Zorg voor voldoende afstand tussen de gaten en de sporen voor het frezen. Componenten zoals DIP-IC's vereisen een hogere gatdichtheid. Raadpleeg de datasheets.
- Concentreer u op stabiliteit – Plaats doorlopende gaten waar mogelijk dicht bij de hoeken en randen van de planken. Dit zorgt voor meer mechanische stabiliteit.
- Vereenvoudig het solderen – Ontwerp printplaten zo dat de doorvoeropeningen slechts vanaf één kant toegankelijk zijn. Dit voorkomt "schaduw" tijdens het solderen.
- Vastzetplan – Overweeg het toevoegen van bordbevestigingen, beugels of andere bevestigingspunten als de doorlopende gaten groot of zwaar zijn.
- Bescherm de gatenplaat – Kies voor doorlopende gaten of randplaat. Vermijd blootstelling van onbehandeld laminaatmateriaal om oxidatie te voorkomen.
SMD versus doorlopende gatencomponenten
Verschil tussen SMD- en doorlopende gatencomponenten
SMD-componenten (surface mount device) hebben aansluitingen die rechtstreeks op het oppervlak van printplaten worden aangesloten in plaats van via gaten. Hoewel componenten met gaten verschillen van:
- Verschillende verpakkingen
Bij SMT-onderdelen worden de aansluitingen direct op metalen pads op het printplaatoppervlak gesoldeerd. Er zijn geen gaten nodig, waardoor boren overbodig is. De pads worden in de PCB-layout gedefinieerd, zodat ze overeenkomen met de aansluitingsconfiguratie van de component. SMT-pads worden meestal gemaakt met behulp van paneelplating of patroonplating. Doorlopende gaten vereisen dat gaten mechanisch door de gehele printplaat worden geboord. De aansluitingen worden in de gaten geplaatst en gesoldeerd. Doorlopende gaten (PTH's) verbinden vervolgens de pads aan beide zijden door de wanden van het gat. PTH's bieden toegang tot soldeerpunten en inspectie van verbindingen vanaf beide zijden.
- Verschillende montagemethoden
SMT-montage maakt gebruik van snelle pick-and-place-machines om componenten nauwkeurig op de soldeerpunten te positioneren. De onderdelen worden door kleine vacuümsproeiers verwerkt en snel over het PCB-oppervlak verdeeld. Vervolgens worden alle soldeerpunten gelijktijdig gesoldeerd met behulp van reflow-solderen . Het gehele proces is sterk geautomatiseerd en zeer efficiënt.
Het inbrengen van doorlopende componenten is daarentegen een sequentieel proces. De draden moeten worden georiënteerd en in de overeenkomstige gaten worden geplaatst. Er bestaan geautomatiseerde inbrengmachines, maar deze werken langzamer dan SMT pick-and-place. Ze zijn ook beperkt tot componenten met een consistente afstand tussen de draden. Onregelmatige doorlopende componenten vereisen vaak handmatige plaatsing door operators met behulp van gereedschappen zoals een pincet.
- Verschillende soldeermethoden
SMD-solderen gebeurt met behulp van reflow-ovens die de hele printplaat gelijkmatig verwarmen. De printplaat passeert temperatuurgecontroleerde zones die alle soldeerpunten en -aansluitingen gelijktijdig boven het soldeersmeltpunt brengen. De soldeerpasta tussen de soldeerpunten en de aansluitingen vloeit samen en koelt vervolgens af om de verbindingen te laten stollen. Het parallelle proces is efficiënt voor de productie van grote aantallen SMT-componenten.
Doorsteeksoldeertechnieken worden traditioneel toegepast: golfsolderen of handmatig solderen. Bij golfsolderen worden printplaten over een golf van gesmolten soldeer geleid, waardoor de vloeistof in elk geplateerd doorsteekgat kan trekken. Bij handmatig solderen wordt een soldeerbout of soldeerstation gebruikt om de afzonderlijke soldeerverbindingen te verwarmen voor het inbrengen van de draden en de capillaire werking. Beide technieken worden achtereenvolgens op elke verbinding toegepast.
Voordelen van SMD
Kleiner formaat – SMD-componenten nemen minder ruimte in beslag op het bord.
Hogere componentdichtheid – Er kunnen meer SMD-componenten in dezelfde footprint worden geplaatst.
Minder boren – Er hoeven geen gaten geboord te worden voor de aansluitingen van SMD-onderdelen.
Geautomatiseerde assemblage – SMD's kunnen gebruikmaken van snellere pick-and-place- en reflow-soldeerprocessen.
Prestaties – Het elimineren van looddraden verbetert de elektrische prestatie.
Voordelen van doorlopende gaten
Eenvoudiger prototypen – Doorsteekcomponenten zijn eenvoudiger te gebruiken op breadboards en voor het assembleren van aangepaste printplaten.
Bestand tegen trillingen – Doorlopende gaten kunnen beter omgaan met trillingen en schokken.
Visuele inspectie – Doorlopende soldeerverbindingen kunnen eenvoudig van beide kanten worden geïnspecteerd.
Eenvoudiger herwerken – Het verwijderen en vervangen van doorlopende onderdelen is eenvoudig.
Overwegingen bij het kiezen van componenttype
Productievolume – SMD heeft de voorkeur bij productie van grote volumes.
Ruimtevereisten – SMD maakt kleinere en compactere lay-outs mogelijk.
Onderhoudbaarheid – Een doorlopend gat kan nodig zijn als componenten vervangen moeten worden.
Omgevingsfactoren – Een doorlopend gat is beter bestand tegen trillingen, schokken en vocht.
Door afwegingen te maken over bijvoorbeeld grootte, montage, inspectiebehoeften en bedrijfsomstandigheden, kunt u bepalen welk componenttype het beste bij uw toepassing past.
Woorden sluiten
Hoewel doorsteekcomponenten misschien ouderwets lijken, vervullen ze nog steeds essentiële functies in moderne printplaten. Deze beproefde technologie blijft nuttig dankzij haar eenvoud en betrouwbaarheid. Met de juiste ontwerp- en assemblageoverwegingen kunnen doorsteekcomponenten effectief worden gecombineerd met modernere SMT-componenten. Inzicht in de voor- en nadelen en de beste werkwijzen is cruciaal om het maximale uit de doorsteektechnologie te halen. Met deze samenvatting van de basisprincipes van doorsteekcomponenten begrijpt u nu beter hoe u ze in een printplaatontwerp kunt integreren. Door deze kennis toe te passen, kunt u deze beproefde componenten succesvoller gebruiken in uw volgende project.
