深入解析通孔技术（THT）：电子制造中的经典连接方案

在电子制造领域，通孔技术（Through-Hole Technology，简称 THT）作为一种历史悠久且至今仍被广泛应用的元器件装配技术，凭借其可靠的机械连接性能和稳定的电气特性，在诸多对可靠性要求严苛的场景中占据着不可替代的地位。与表面贴装技术（SMT）相比，THT 的核心特点在于元器件的引脚需要穿过印制电路板（PCB）上预先钻出的通孔，再通过焊接工艺将引脚固定在 PCB 的另一面，形成牢固的机械和电气连接。这种连接方式不仅能承受更大的机械应力，还能有效应对高温、振动等复杂环境，因此在工业控制、汽车电子、医疗器械等领域有着持续的应用需求。

THT 技术的实现离不开一系列标准化的流程和专用设备，其核心环节涵盖了 PCB 设计、元器件选型、钻孔加工、插装、焊接以及后续的检测与修整。每个环节的质量控制都直接影响最终产品的可靠性，任何一个步骤的疏漏都可能导致连接失效、电气性能下降等问题。为了更清晰地理解 THT 技术的全貌，下文将从技术核心构成、详细工艺流程、典型应用场景以及质量控制要点四个维度，对其进行全面且结构化的描述。

一、THT 技术的核心构成要素

THT 技术的稳定运行依赖于多个核心要素的协同配合，这些要素共同决定了连接的可靠性和电气性能。具体可分为以下四个关键组成部分：

1.1 印制电路板（PCB）的通孔设计与加工

PCB 是 THT 技术的载体，其通孔的设计和加工质量是后续装配的基础。首先，在 PCB 设计阶段，需要根据元器件引脚的直径确定通孔的尺寸 —— 通常通孔直径需比引脚直径大 0.1-0.2mm，以确保引脚能顺利插入且留有足够的焊接空间。其次，通孔的位置精度需严格控制，偏差一般不超过 0.1mm，避免因位置偏移导致元器件无法正常插装。在加工环节，需通过数控钻孔机进行高精度钻孔，钻孔后还需对孔壁进行金属化处理（即通过化学沉积或电镀方式在孔壁形成导电层），使 PCB 的顶层、底层及中间层实现电气连通，为后续焊接提供导电通道。

1.2 THT 元器件的选型与特性

THT 元器件的结构和特性与 SMT 元器件有显著差异，其核心特征是带有可穿过 PCB 通孔的金属引脚。常见的 THT 元器件包括电阻（如碳膜电阻、金属膜电阻）、电容（如电解电容、陶瓷电容）、电感、二极管、三极管、集成电路（如 DIP 封装的芯片）以及连接器等。这些元器件的引脚材质通常为铜合金，表面会进行镀锡或镀金处理，以提高焊接性能和抗氧化能力。此外，元器件的引脚长度需与 PCB 的厚度匹配，一般要求引脚穿过 PCB 后伸出长度为 1.5-2.5mm，既保证焊接时能形成足够的焊料量，又避免引脚过长导致短路或机械干涉。

1.3 焊接材料的选择

焊接材料是实现 THT 元器件与 PCB 可靠连接的关键，核心材料为焊锡。THT 焊接常用的焊锡类型为锡铅合金（如 Sn63Pb37，熔点约 183℃）或无铅焊锡（如 Sn96.5Ag3.0Cu0.5，熔点约 217℃），具体选择需根据产品的应用场景（如是否需要符合环保要求）和焊接工艺确定。除焊锡外，助焊剂也是不可或缺的辅助材料，其主要作用是清除元器件引脚和 PCB 焊盘表面的氧化层，降低焊锡的表面张力，促进焊锡在焊盘上的铺展，从而形成饱满、均匀的焊点。助焊剂通常分为松香类、树脂类等，需根据焊接温度和元器件的耐腐蚀性要求选择适配类型。

1.4 专用生产设备

THT 技术的规模化生产依赖一系列专用设备，涵盖从插装到焊接再到检测的全流程。主要设备包括：元器件插装机（分为自动插装机和手动插装机，自动插装机可实现电阻、电容等小型元器件的高速精准插装，手动插装机适用于体积较大或异形的元器件）、波峰焊机（THT 焊接的核心设备，通过将熔融的焊锡形成 “波峰”，当 PCB 经过波峰时，通孔内及焊盘上的焊锡会完成焊接）、剪脚机（用于焊接后修剪元器件伸出 PCB 的多余引脚，避免引脚过长导致短路）以及检测设备（如目视检测台、在线测试仪（ICT）等，用于检测焊点质量和电气性能）。

二、THT 技术的详细工艺流程

THT 技术的工艺流程具有严格的先后顺序，每个步骤都有明确的操作规范和质量要求，确保最终产品的可靠性。完整的工艺流程可分为以下六个步骤，按顺序依次执行：

2.1 步骤一：PCB 预处理

在进行元器件插装前，需对 PCB 进行预处理，主要包括两个环节：一是清洁处理，通过专用清洗剂清除 PCB 表面的油污、灰尘等杂质，避免杂质影响焊接质量；二是助焊剂涂覆，将助焊剂均匀涂覆在 PCB 的焊盘区域（通常采用喷雾或浸涂方式），涂覆厚度需控制在 0.05-0.1mm，过厚可能导致焊点虚焊，过薄则无法有效清除氧化层。预处理后的 PCB 需在 2 小时内进行后续插装操作，避免助焊剂失效或 PCB 表面再次污染。

2.2 步骤二：元器件插装

元器件插装是将 THT 元器件的引脚插入 PCB 对应通孔的过程，根据生产规模可分为手动插装和自动插装两种方式：

手动插装：适用于小批量生产或体积较大、结构复杂的元器件（如连接器、大型电解电容）。操作时，工人需根据 PCB 上的丝印标识，将元器件引脚对准通孔并轻轻插入，确保引脚完全穿过 PCB，且元器件本体紧贴 PCB 表面（无明显倾斜）。
自动插装：适用于大批量生产，主要通过自动插装机完成。首先需将元器件按照规格分类放入插装机的供料器中，然后通过计算机程序控制插装机的机械臂，精准抓取元器件并将引脚插入对应的通孔。自动插装的速度可达每小时数千个元器件，且位置精度高（偏差≤0.05mm），能有效提高生产效率和一致性。

插装完成后，需进行初步检查，确认无漏插、错插、引脚弯曲或元器件倾斜等问题，方可进入下一环节。

2.3 步骤三：波峰焊接

波峰焊接是 THT 技术中实现元器件与 PCB 电气连接的核心步骤，其原理是利用熔融焊锡形成的 “波峰”，与 PCB 的焊盘和元器件引脚接触并发生润湿、扩散，最终形成牢固的焊点。具体操作流程如下：

预热：将插装好元器件的 PCB 送入波峰焊机的预热区，通过热风或红外加热方式将 PCB 温度逐步升高至 120-150℃（无铅焊锡需更高温度，约 150-180℃）。预热的目的是去除 PCB 和元器件引脚表面的水分、挥发助焊剂中的溶剂，同时避免后续高温焊接导致 PCB 变形或元器件损坏。
波峰接触：预热后的 PCB 以一定速度（通常为 1.2-1.8m/min）和角度（约 5-7°）进入焊接区，PCB 的底面（焊盘所在面）与波峰焊机喷出的熔融焊锡波峰接触。焊锡波峰分为 “预波峰” 和 “主波峰”：预波峰较窄，主要作用是初步润湿焊盘和引脚，清除残留的氧化层；主波峰较宽，能确保焊锡充分填充通孔，形成饱满的焊点。
冷却：焊接后的 PCB 进入冷却区，通过冷风或水冷方式快速降温至室温，使焊点凝固定型，避免焊点因缓慢冷却出现晶粒粗大、强度下降等问题。冷却速度需控制在 5-10℃/s，过快可能导致 PCB 翘曲，过慢则影响生产效率。

2.4 步骤四：引脚修剪

焊接完成后，元器件的引脚会从 PCB 的底面伸出（长度约 1.5-2.5mm），过长的引脚可能导致相邻焊点短路或机械干涉，因此需进行引脚修剪。具体操作通过剪脚机完成：将 PCB 固定在剪脚机的工作台上，通过高速旋转的刀片将伸出的多余引脚切断，修剪后的引脚残留长度需控制在 0.8-1.2mm，既保证焊点的机械强度，又避免引脚过长带来的风险。修剪后需通过压缩空气清除 PCB 表面的引脚碎屑，防止碎屑导致短路。

2.5 步骤五：焊点检测

焊点检测是确保 THT 连接可靠性的关键环节，主要目的是识别并排除虚焊、假焊、短路、焊点空洞等缺陷。常用的检测方式包括以下三种：

目视检测：由检测人员通过放大镜或显微镜观察焊点的外观，合格焊点应满足以下要求：焊点呈半月形（焊锡与引脚、焊盘的接触角约 30-60°）、表面光滑有光泽、无焊锡不足（虚焊）、焊锡过多（堆锡）、漏焊或短路等情况。目视检测适用于初步筛查，效率较高，但对检测人员的经验要求较高。
在线测试仪（ICT）检测：ICT 通过探针与 PCB 上的测试点接触，对每个焊点的电气连通性、电阻值等参数进行检测，可快速识别虚焊、短路、元器件错装等问题。检测时，需将 PCB 放入 ICT 测试夹具中，探针与测试点精准接触，测试时间通常为几秒至几十秒，适用于大批量生产的质量把控。
X 射线检测：对于通孔内的焊点（尤其是多层 PCB 或引脚密集的元器件），目视检测无法观察到内部情况，需通过 X 射线检测。X 射线可穿透 PCB 和元器件，清晰显示通孔内焊锡的填充情况，能有效检测出焊点空洞、焊锡未填满通孔等内部缺陷。X 射线检测精度高，但设备成本较高，通常用于高可靠性要求的产品（如医疗器械、航空航天电子）。

2.6 步骤六：返修与修整

对于检测中发现的不合格品，需进行返修处理。常见的返修操作包括：

虚焊 / 假焊返修：使用电烙铁加热焊点，补充适量焊锡，确保焊锡充分润湿引脚和焊盘；
短路返修：使用吸锡带或吸锡枪清除多余焊锡，必要时用酒精清洁焊点区域，确保相邻焊点无连通；
元器件损坏返修：若元器件因焊接温度过高损坏，需先用电烙铁或热风枪拆除损坏的元器件，清理通孔内的残留焊锡，再重新插装新的元器件并进行焊接。

返修完成后，需再次进行检测，确认缺陷已排除，方可进入后续的组装环节。

三、THT 技术的典型应用场景

尽管表面贴装技术（SMT）在小型化、高密度电子设备中占据主导地位，但 THT 技术凭借其可靠的机械连接和耐环境性能，在以下场景中仍具有不可替代的优势：

3.1 工业控制领域

工业控制设备（如 PLC 控制器、变频器、传感器模块）通常工作在高温、高振动、粉尘较多的环境中，对电子元器件的连接可靠性要求极高。THT 技术的焊点机械强度高，能承受长期振动带来的应力，不易出现焊点脱落或接触不良的问题。例如，工业控制设备中的电源模块、继电器等关键元器件，大多采用 THT 封装和装配方式，确保设备在恶劣环境下稳定运行。

3.2 汽车电子领域

汽车电子设备（如发动机控制器、车载雷达、仪表盘模块）需承受 – 40℃至 125℃的宽温度范围、剧烈振动以及电磁干扰等严苛条件。THT 技术的焊点抗温变能力强，在温度循环过程中不易出现裂纹，同时其引脚与 PCB 的连接面积大，能有效抵抗振动带来的机械冲击。例如，汽车发动机舱内的传感器引脚、高压连接器等，均采用 THT 技术装配，以保证在汽车行驶过程中的可靠性。

3.3 医疗器械领域

医疗器械（如心电图机、监护仪、手术设备）对电气连接的安全性和稳定性要求极高，任何连接失效都可能危及患者生命。THT 技术的焊点稳定性好，不易出现虚焊或接触不良，且其焊接过程可追溯性强，便于质量管控。例如，医疗器械中的电源接口、信号连接器等，通常采用 THT 技术装配，确保设备在长期使用过程中保持可靠的电气连接。

3.4 大功率电子设备领域

在大功率电子设备（如电源适配器、电焊机、变频器）中，元器件需要通过较大的电流，对焊点的载流能力和散热性能要求较高。THT 技术的焊点体积大、焊锡量充足，能有效降低接触电阻，提高载流能力，同时良好的散热性能可避免焊点因过热损坏。例如，大功率电源中的整流二极管、滤波电容等元器件，大多采用 THT 技术装配，以满足大功率运行的需求。

四、THT 技术的质量控制要点

为确保 THT 技术装配的产品满足可靠性要求，需在生产全流程中严格控制以下质量要点，避免因工艺参数偏差或操作不当导致产品缺陷：

4.1 工艺参数控制

焊接温度：需根据焊锡类型确定焊接温度（如 Sn63Pb37 焊锡的波峰温度通常为 240-250℃，无铅焊锡则为 255-270℃），温度过高可能导致 PCB 焊盘脱落、元器件损坏，温度过低则会出现虚焊；
焊接时间：PCB 与波峰的接触时间需控制在 3-5 秒（无铅焊锡可适当延长至 5-7 秒），时间过长易导致焊锡桥连（短路），时间过短则焊锡无法充分填充通孔；
预热温度与时间：预热温度需逐步升高，避免温差过大导致 PCB 变形，预热时间通常为 30-60 秒，确保 PCB 温度均匀达到设定值。

4.2 材料质量控制

焊锡质量：需定期检测焊锡的成分和熔点，避免因焊锡纯度不足或杂质过多导致焊点质量下降；
助焊剂质量：助焊剂的活性需符合要求，定期检测其酸度（pH 值）和挥发物含量，避免助焊剂活性不足导致氧化层无法清除，或酸度超标腐蚀 PCB 和元器件；
PCB 与元器件质量：PCB 的通孔金属化层厚度需≥20μm，避免因金属化层过薄导致电气连接不良；元器件引脚的镀层需均匀无脱落，避免因镀层问题影响焊接性能。