La fabricación de PCB ha experimentado un avance tecnológico masivo. Los diseñadores modernos han realizado diversos avances en el montaje de nuevas PCB para satisfacer las necesidades de sus clientes. Anteriormente, se utilizaban orificios pasantes y vías revestidos para crear interconexiones entre varias capas de las PCB. Sin embargo, esto no ha sido suficiente para facilitar la interconexión entre PCB.
Durante el proceso de diseño, se descubre que ciertas funciones se pueden lograr tomando prestada una PCB existente e integrándola en el diseño para completar la idea. Por ejemplo, si se desarrolla un proyecto de IoT con conectividad Wi-Fi, no es necesario diseñar el circuito Wi-Fi desde cero. Basta con tomar prestados módulos fáciles de conseguir, como el ESP32-WROOM-32E. Sin embargo, es posible que surja la pregunta de cómo se conecta el módulo Wi-Fi al diseño. Aquí es donde las PCB almenadas entran en juego para resolver el problema. Por lo tanto, el ESP32-WROOM-32E es un ejemplo de un módulo de PCB que adopta la tecnología de almenado. Este artículo presentará las PCB almenadas y le ayudará a comprenderlas en detalle.
Figura 1Módulo ESP32-WROOM-32E con orificios almenados
¿Qué son los PCB almenados?
Las PCB almenadas están diseñadas con orificios de montaje únicos, conocidos como agujeros almenados. Estos orificios se colocan en el borde de las PCB. Estos orificios permiten a los diseñadores montar PCB sobre otras PCB mediante un proceso conocido como soldadura placa a placa. Al igual que los orificios pasantes y las vías, los orificios almenados están chapados para mejorar la conductividad. Los orificios almenados generalmente son orificios pasantes divididos por la mitad. Estas características son preferibles cuando se utiliza tecnología de montaje superficial.
Figura 2: Agujeros almenados en una periferia de PCB
Con orificios almenados, los PCB obtienen varios beneficios que los harían adecuados para múltiples usos, como:
· Integración de módulos para alojar PCB: varios módulos como GPRS, GPS, Wi-Fi y Bluetooth vienen con orificios de almenado, que lo hacen posible
· Procesos de creación de prototipos: con orificios almenados, los diseñadores e innovadores tienen garantizadas pruebas, creación de prototipos y ensamblajes de productos simplificados.
· Posibilidad de miniaturización de PCB: con la llegada de las PCB almenadas, ha sido posible desarrollar módulos que se pueden instalar en áreas limitadas, reduciendo así el tamaño de las PCB.
· Mayor durabilidad de las PCB: los orificios almenados han mejorado la estructura mecánica de las PCB, haciéndolas así más duraderas.
· Estabilidad eléctrica mejorada: Las PCB con orificios almenados presentan mejores propiedades eléctricas. El recubrimiento de los orificios almenados ha mejorado la interconexión entre las PCB, mejorando así la estabilidad eléctrica.
Tipos de Castellation en PCB Castellation
Las almenas en las PCB almenadas se pueden clasificar en almenas completas, parciales y escalonadas.
Castellaciones completas
El almenado completo en las PCB se forma dividiendo por la mitad los orificios pasantes chapados en el borde de la PCB. Esto forma orificios semicirculares completamente chapados (véase la Figura 2). El chapado completo tiene como objetivo mejorar la robustez mecánica y la continuidad eléctrica.
Para formar almenas completas, se perforan orificios completos cerca del borde de la PCB. El borde se fresa, dejando la mitad del orificio pasante intacto. Finalmente, se recubre toda la forma formada con cobre.
Las almenas completas se utilizan en las siguientes áreas:
· Soldadura de borde de PCB: A veces, como diseñador o fabricante, desea conectar algunos módulos, como el módulo celular SIM800L, los módulos WI-FI ESP32, etc., a su PCB host, y el almenado completo viene a su rescate.
· Puesta a tierra: Se utilizan almenas completas como blindaje en zonas donde se da prioridad a las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia.
· Interconexiones eléctricas: El almenado completo es adecuado para la fabricación de tableros apilables al garantizar la continuidad eléctrica.
· Prototipado y pruebas: Durante el diseño inicial del proyecto, los prototipos emplean técnicas de almenas completas que proporcionan puntos de prueba para probar el rendimiento de las PCB o incluso conectar PCB externas que podrían ayudar durante las pruebas.
Castellaciones parciales
Las almenas parciales son una variante de las almenas completas. La diferencia radica en que, en las almenas parciales, los grabados en forma de U no están completamente chapados. Este tipo de almena también tiene poca profundidad. A diferencia de la almena completa, no atraviesa todo el espesor de la placa de circuito impreso (PCB).
Las almenas parciales se utilizan en PCB que tienen lo siguiente:
· Restricción de espacio: algunas PCB tienen espacio limitado, lo que impide el encastre completo; en este punto, es necesario el encastre parcial.
· Interconexiones menos críticas: Se utilizan almenas parciales cuando una conexión mecánica robusta no es vital. Se prefieren porque reducen el coste de la PCB.
· Puntos de señal de circuitos flexibles: Las almenas parciales se utilizan en circuitos flexibles ya que proporcionan puntos de anclaje para señales más débiles.
Castellations escalonados
Las almenas escalonadas se han revestido mediante orificios colocados irregularmente a lo largo del borde de la placa de circuito impreso (PCB). A diferencia de las almenas completas y parciales, donde los grabados tienen profundidad, altura y posición uniformes, las almenas escalonadas presentan diferentes variaciones de características similares. Las almenas pueden estar revestidas total o parcialmente.
Las almenas escalonadas se utilizan en las siguientes áreas:
· HDI: Las PCB HDI (Interconexión de Alta Densidad) contienen numerosos componentes en un área limitada. Estas PCB multicapa tienen un área de interconexión limitada. Se utilizan almenas escalonadas para garantizar la interconexión.
· Placas de conexión: Las almenas escalonadas se adaptan en PCB modulares donde puede necesitarse conectividad en un momento dado sin interferir con la resistencia de la misma placa.
PCB almenadas: configuraciones de almenado
Además de los tres tipos de almenado en las PCB, los diseñadores utilizan tres configuraciones en las PCB almenadas: almenado de una sola fila, de dos filas y intercalado.
Castellation de una sola fila
La configuración más común de almenas es la de una sola fila, que consiste en una sola fila de muescas ubicadas a lo largo del borde de la PCB. Cada almena es independiente y está revestida de cobre para mejorar la conectividad con otras PCB.
Las almenas de una sola fila son fáciles de diseñar y ofrecen conexiones mecánicas robustas, propiedades eléctricas adecuadas, una superficie de fácil soldadura y una excelente compatibilidad con conectores. Sin embargo, presentan limitaciones, como superficies de contacto limitadas, ya que una sola fila ofrece almenas limitadas para la conectividad y no es adecuada para HDI ni otras PCB complejas.
Castellation de doble hilera
El almenado de doble fila consta de dos capas paralelas de muescas en el borde de la PCB. El número de puntos de contacto se duplica, lo que aumenta la conectividad manteniendo el tamaño de la PCB.
Genera un diseño compacto ideal para HDI, conectando placas base con placas base y dispositivos más complejos que utilizan numerosos protocolos de comunicación. Sin embargo, este tipo de configuración presenta limitaciones debido a los altos costos de fabricación, la complejidad del diseño y la dificultad de ensamblaje.
Castellation intercalado
En una configuración de almenado intercalado, las almenas se escalonan en el borde de la PCB en dos o más filas. En otras palabras, la disposición adopta un patrón en zigzag. Esto aumenta las superficies de conectividad y maximiza el espaciado.
El almenado intercalado ofrece mayor superficie de conexión, mayor flexibilidad de enrutamiento y mejor integridad de la señal que otros. Sin embargo, su ensamblaje es relativamente costoso y complejo, por lo que requiere técnicas de fabricación más avanzadas.
Diseño de PCB almenadas
Las PCB almenadas requieren conocimientos, técnicas y equipos avanzados para su fabricación. Antes de la fabricación, debe considerar lo siguiente durante el diseño de su proyecto:
· Especificaciones: El diámetro mínimo del orificio almenado debe ser de 0.6 mm y el máximo de 1.2 mm. El área de aplicación determina el tamaño a elegir. El conjunto debe estar recubierto de cobre para mejorar la conductividad y la soldabilidad.
· Prevención de cortocircuitos: Los orificios almenados circundantes se cubren con una máscara de soldadura para evitar cortocircuitos. Las máscaras de soldadura también mejoran la apariencia de la placa.
· Recubrimiento del borde de la PCB: el borde de la PCB debe estar recubierto de cobre para garantizar que la PCB tenga una superficie conductora.
· Provocan mordeduras de ratón: Las PCB almenadas tienen mordeduras de ratón en los bordes. Estas pequeñas perforaciones facilitan la instalación y desinstalación de las PCB sin afectar la integridad de la señal.
Aplicaciones de las PCB almenadas
Los PCB almenados se utilizan en las siguientes áreas:
· Pruebas y creación de prototipos: durante la fabricación, se utilizan PCB almenadas para probar las placas y garantizar que cumplan con los requisitos esperados.
· Utilizado en dispositivos IoT: Dispositivos como los módulos GPRS, GSM, GPS, Bluetooth y Wi-Fi adoptan tecnología almenada para una fácil integración.
· Sistemas de gestión de energía: Los sistemas BMS que requieren una conexión perfecta adoptan tecnología de PCB almenada.
Desafíos de los PCB almenados
Además de sus numerosas ventajas y usos, las PCB almenadas presentan diversos desafíos. El proceso de fabricación es muy complejo. Si no se maneja con el cuidado adecuado, el recubrimiento almenado puede dañarse. Esta tecnología no es una opción para PCB de alta corriente, lo que implica que las PCB almenadas presentan limitaciones de diseño. Otro desafío es la soldadura. Si no se suelda con precisión, los orificios almenados pueden obstruirse.
Conclusión
Las PCB almenadas se han consolidado en el mundo de la electrónica moderna. Su aparición ha hecho posible la interconexión de PCB. Gracias a su versatilidad, el IoT, los sistemas embebidos, el prototipado y la innovación han alcanzado la calidad esperada. Sin embargo, los diseñadores necesitan conocimientos previos para aprovechar al máximo la tecnología de PCB almenada.
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