سوراخ‌های قلعه‌ای روی برد مدار چاپی چیستند؟

تولید برد مدار چاپی (PCB) پیشرفت‌های تکنولوژیکی عظیمی را تجربه کرده است. طراحان مدرن پیشرفت‌های مختلفی در نصب برد مدار چاپی جدید برای برآوردن نیازهای مشتریان خود داشته‌اند. پیش از این، از سوراخ‌ها و وایاهای آبکاری شده برای ایجاد اتصالات بین چندین لایه برد مدار چاپی استفاده می‌شد. با این حال، این برای کمک به اتصال برد مدار چاپی به برد مدار چاپی کافی نبوده است.

 در طول فرآیند طراحی، متوجه می‌شوید که با قرض گرفتن یک PCB موجود و ادغام آن در طراحی خود برای تکمیل ایده‌تان، می‌توان به قابلیت‌های خاصی دست یافت. به عنوان مثال، اگر در حال انجام یک پروژه اینترنت اشیا هستید که شامل اتصال WI-FI است، نیازی به طراحی مدار WIFI از ابتدا ندارید. قرض گرفتن ماژول‌های موجود مانند ESP32-WROOM-32E کافی است. اما ممکن است تعجب کنید که چگونه ماژول WI-FI به طراحی شما متصل می‌شود. اینجاست که PCBهای کاستل‌دار برای حل این مشکل وارد می‌شوند. بنابراین، ESP32-WROOM-32E نمونه‌ای از یک ماژول PCB است که از فناوری کاستل‌دار استفاده می‌کند. این مقاله PCBهای کاستل‌دار را معرفی می‌کند و به شما کمک می‌کند تا آنها را با جزئیات درک کنید.

شکل 1ماژول ESP32-WROOM-32E با سوراخ‌های قلعه‌ای

PCB های کاستل دار چیستند؟

بردهای مدار چاپی کاستل‌دار، بردهای مدار چاپی هستند که با سوراخ‌های نصب منحصر به فردی که به عنوان سوراخ‌های کاستل‌دار شناخته می‌شوند، طراحی شده‌اند. سوراخ‌های کاستل‌دار در لبه بردهای مدار چاپی قرار می‌گیرند. این سوراخ‌ها به طراحان اجازه می‌دهند تا بردهای مدار چاپی را از طریق فرآیندی که به عنوان لحیم‌کاری برد به برد شناخته می‌شود، روی برد مدار چاپی دیگری نصب کنند. مانند سوراخ‌های سرتاسری و وایاها، سوراخ‌های کاستل‌دار برای بهبود رسانایی آبکاری می‌شوند. سوراخ‌های کاستل‌دار معمولاً سوراخ‌های سرتاسری را نصف می‌کنند. این ویژگی‌ها هنگام استفاده از فناوری نصب سطحی ترجیح داده می‌شوند.

شکل ۲: سوراخ‌های لانه زنبوری روی حاشیه برد مدار چاپی

با سوراخ‌های حفره‌دار، بردهای مدار چاپی مزایای مختلفی به دست می‌آورند که آنها را برای کاربردهای متعدد مناسب می‌کند، مانند:

·       ادغام ماژول‌ها برای میزبانی PCBها: ماژول‌های مختلفی مانند GPRS، GPS، Wi-Fi و بلوتوث دارای سوراخ‌های کاستلاسیون هستند که این امر را ممکن می‌سازد.

·       فرآیندهای نمونه‌سازی: با سوراخ‌های حفره‌دار، طراحان و نوآوران تضمین می‌کنند که آزمایش محصول، نمونه‌سازی و مونتاژ ساده‌تری داشته باشند.

·       امکان کوچک‌سازی برد مدار چاپی: با ظهور بردهای مدار چاپی کاستل‌دار، امکان توسعه ماژول‌هایی که می‌توانند در مناطق محدود نصب شوند، فراهم شده است و در نتیجه اندازه برد مدار چاپی کاهش می‌یابد.

·       دوام بهبود یافته PCB: سوراخ‌های حفره‌دار ساختار مکانیکی PCBها را بهبود بخشیده و در نتیجه آنها را بادوام‌تر کرده‌اند.

·       پایداری الکتریکی بهبود یافته: بردهای مدار چاپی با سوراخ‌های حفره‌دار خواص الکتریکی بهتری دارند. سوراخ‌های حفره‌دار آبکاری شده، اتصال بین بردهای مدار چاپی را بهبود بخشیده و در نتیجه پایداری الکتریکی را بهبود می‌بخشند.

انواع کاستلاسیون در PCB های کاستلاسیون

کاستلاسیون‌ها در کاستلاسیون PCBها را می‌توان به کاستلاسیون‌های کامل، جزئی و پلکانی طبقه‌بندی کرد.

قلعه‌های کامل

کاستلاسیون کامل در PCBها با نصف کردن سوراخ‌های آبکاری شده روی لبه PCB ایجاد می‌شود. این کار سوراخ‌های نیم دایره‌ای کاملاً آبکاری شده را تشکیل می‌دهد (شکل 2 را ببینید). آبکاری کامل برای بهبود استحکام مکانیکی و پیوستگی الکتریکی در نظر گرفته شده است.

برای تشکیل کستلاسیون‌های کامل، سوراخ‌های کاملی در نزدیکی لبه PCB ایجاد می‌شود. لبه فرزکاری می‌شود و نیمی از سوراخ سرتاسری دست نخورده باقی می‌ماند. در نهایت، کل شکل تشکیل شده با استفاده از مس آبکاری می‌شود.

کاستلاسیون کامل در زمینه‌های زیر استفاده می‌شود:

·       لحیم‌کاری لبه‌های برد مدار چاپی: گاهی اوقات، به عنوان یک طراح یا سازنده، می‌خواهید ماژول‌هایی مانند ماژول سلولی SIM800L، ماژول‌های وای‌فای ESP32 و غیره را به برد مدار چاپی میزبان خود متصل کنید و روش فول کاستلاسیون به کمک شما می‌آید.

·       اتصال به زمین: از پوشش‌های محافظ کامل به عنوان سپر در مناطقی استفاده می‌شود که تداخلات الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی در اولویت قرار دارند.

·       اتصالات الکتریکی: روش کاستلاسیون کامل با تضمین پیوستگی الکتریکی، برای ساخت بردهای قابل انباشت مناسب است.

·       نمونه‌سازی و آزمایش: در طول طراحی اولیه پروژه، نمونه‌های اولیه از تکنیک‌های کاستلاسیون کامل استفاده می‌کنند که نقاط آزمایشی را برای آزمایش عملکرد PCBها یا حتی اتصال PCBهای خارجی که می‌توانند در طول آزمایش کمک کنند، فراهم می‌کنند.

کاستلاسیون‌های جزئی

کستلاسیون‌های جزئی از کستلاسیون‌های کامل الگوبرداری شده‌اند. تفاوت این است که در کستلاسیون جزئی، حکاکی‌های U شکل به طور کامل آبکاری نمی‌شوند. این نوع کستلاسیون نیز عمق کمی دارد. برخلاف کستلاسیون کامل، کل ضخامت PCB را برش نمی‌دهد.

کاستلاسیون‌های جزئی در PCBهایی استفاده می‌شوند که موارد زیر را دارند:

·       محدودیت فضا: برخی از PCBها فضای محدودی دارند و کاستلاسیون کامل را ممنوع می‌کنند؛ در این مرحله، کاستلاسیون جزئی ضروری است.

·       اتصالات داخلی کم‌اهمیت‌تر: اتصالات جزئی در جایی استفاده می‌شوند که اتصال مکانیکی قوی ضروری نباشد. این اتصالات ترجیح داده می‌شوند زیرا هزینه PCB را کاهش می‌دهند.

·       نقاط سیگنال مدار انعطاف‌پذیر: کاستلاسیون‌های جزئی در مدارهای انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند زیرا نقاط لنگری برای سیگنال‌های ضعیف‌تر فراهم می‌کنند.

قلعه‌سازی‌های پلکانی

کاستلاسیون‌های پلکانی از طریق سوراخ‌هایی که به طور نامنظم در امتداد لبه PCB قرار گرفته‌اند، به صورت نصفه آبکاری شده‌اند. برخلاف کاستلاسیون‌های کامل و جزئی، که در آن‌ها حکاکی‌ها عمق، ارتفاع و موقعیت یکنواختی دارند، کاستلاسیون‌های پلکانی دارای انواع مختلفی از ویژگی‌های مشابه هستند. کاستلاسیون‌ها می‌توانند به طور کامل یا جزئی آبکاری شوند.

قلعه‌سازی پلکانی در زمینه‌های زیر استفاده می‌شود:

·       HDI: بردهای مدار چاپی HDI (اتصال با چگالی بالا) اجزای زیادی را در یک منطقه محدود دارند. این بردهای مدار چاپی چند لایه دارای منطقه اتصال محدودی هستند. برای اطمینان از اتصال، از کاستلاسیون‌های پلکانی استفاده می‌شود.

·       بردهای Breakout: کاستلاسیون‌های پلکانی در PCBهای ماژولار که در آن‌ها ممکن است اتصال در هر زمان معین بدون تداخل با استحکام همان برد مورد نیاز باشد، تطبیق داده می‌شوند.

بردهای مدار چاپی کاستل‌دار: پیکربندی‌های کاستل‌دار

علاوه بر سه نوع کاستلاسیون در PCBها، طراحان از سه پیکربندی در PCBهای کاستل‌دار استفاده می‌کنند: کاستلاسیون‌های تک ردیفه، دو ردیفه و در هم تنیده.

کاستلاسیون تک ردیفی

رایج‌ترین پیکربندی کاستلاسیون‌ها، کاستلاسیون تک ردیفه است که از یک ردیف شکاف در امتداد لبه PCB تشکیل شده است. هر کاستلاسیون مستقل است و دارای آبکاری مس برای افزایش اتصال با سایر PCBها می‌باشد.

طراحی کاستلاسیون‌های تک ردیفه آسان است و اتصالات مکانیکی قوی، خواص الکتریکی کافی، سطح لحیم‌کاری آسان و سازگاری عالی با کانکتور را ارائه می‌دهند. با این حال، محدودیت‌هایی مانند سطوح تماس محدود دارند، زیرا یک ردیفه کاستلاسیون‌های محدودی برای اتصال ارائه می‌دهد و برای HDI و سایر PCB های پیچیده نامناسب است.

کاستلاسیون دو ردیفه

کاستلاسیون دو ردیفه دارای دو لایه موازی از شکاف‌ها در لبه PCB است. تعداد نقاط تماس دو برابر شده است که باعث افزایش اتصال و در عین حال حفظ اندازه PCB می‌شود.

این یک طراحی جمع و جور مناسب برای HDI ایجاد می‌کند و بردهای جانبی را به مادربردها و دستگاه‌های پیچیده‌تر که شامل پروتکل‌های ارتباطی متعددی هستند، متصل می‌کند. با این حال، این نوع پیکربندی به دلیل هزینه‌های بالای تولید، طراحی پیچیده و دشواری مونتاژ، محدودیت‌هایی دارد.

کاستلاسیون بین لایه‌ای

در پیکربندی کاستلاسیون لایه‌ای، کاستلاسیون‌ها در لبه PCB در دو یا چند ردیف به صورت پلکانی قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر، این چیدمان یک الگوی زیگزاگ را به خود می‌گیرد. این امر سطوح اتصال را افزایش می‌دهد و در عین حال فاصله را به حداکثر می‌رساند.

کاستلاسیون لایه‌ای، سطح اتصال افزایش‌یافته، انعطاف‌پذیری مسیریابی و یکپارچگی سیگنال بهتری نسبت به سایر روش‌ها ارائه می‌دهد. با این حال، در طول مونتاژ نسبتاً گران و پیچیده است و به تکنیک‌های تولید پیشرفته‌تری نیاز دارد.

طراحی بردهای مدار چاپی کاستل دار

تولید بردهای مدار چاپی کاستل‌دار به دانش، تکنیک‌ها و تجهیزات پیشرفته نیاز دارد. قبل از تولید، باید موارد زیر را در طول طراحی پروژه خود در نظر بگیرید:

·       مشخصات: کمترین قطر سوراخ قالب‌گیری شده باید 0.6 میلی‌متر و بیشترین قطر آن 1.2 میلی‌متر باشد. ناحیه‌ی کاربرد، اندازه‌ی انتخاب را تعیین می‌کند. کل سوراخ باید با مس آبکاری شود تا رسانایی و قابلیت لحیم‌کاری افزایش یابد.

·       جلوگیری از اتصال کوتاه: سوراخ‌های قلعه‌ای اطراف با یک پوشش لحیم پوشانده شده‌اند تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود. پوشش‌های لحیم همچنین ظاهر برد را بهبود می‌بخشند.

·       آبکاری لبه PCB: لبه PCB باید با مس آبکاری شود تا از رسانا بودن سطح PCB اطمینان حاصل شود.

·       ایجاد جای گاز گرفتن موش: PCB های حفره دار در لبه ها دارای جای گاز گرفتن موش هستند. این سوراخ های ریز امکان اتصال و جداسازی آسان PCB ها را بدون ایجاد اختلال در یکپارچگی سیگنال فراهم می کنند.

کاربردهای PCB های کاستل دار

کاربردهای PCB های کاستل دار در موارد زیر است:

·       آزمایش و نمونه‌سازی: در طول ساخت، از بردهای مدار چاپی کاستل‌دار برای آزمایش بردها استفاده می‌شود تا از برآورده شدن الزامات مورد انتظار اطمینان حاصل شود.

·       مورد استفاده در دستگاه‌های اینترنت اشیا: دستگاه‌هایی مانند GPRS، GSM، GPS، بلوتوث و ماژول‌های Wi-Fi برای ادغام آسان، از فناوری کاستلاسیون استفاده می‌کنند.

·       سیستم‌های مدیریت توان: سیستم‌های BMS که نیاز به اتصال یکپارچه دارند، از فناوری PCB کاستل‌دار استفاده می‌کنند.

چالش‌های بردهای مدار چاپی کاستل‌دار

علاوه بر مزایا و کاربردهای فراوان، بردهای مدار چاپی کاستلاسیون با چالش‌های مختلفی نیز همراه هستند. فرآیند تولید بسیار پیچیده است. در صورت عدم مراقبت کافی، آبکاری کاستلاسیون می‌تواند آسیب ببیند. این فناوری برای بردهای مدار چاپی جریان بالا گزینه مناسبی نیست، به این معنی که بردهای مدار چاپی کاستلاسیون محدودیت‌های طراحی دارند. چالش دیگر، مسئله لحیم کاری است. اگر به دقت لحیم نشوند، سوراخ‌های کاستلاسیون می‌توانند مسدود شوند.

نتیجه

بردهای مدار چاپی کاستل‌دار جایگاهی در دنیای الکترونیک مدرن پیدا کرده‌اند. ظهور آنها اتصال بردهای مدار چاپی به یکدیگر را ممکن ساخته است. با تطبیق‌پذیری آنها، اینترنت اشیا، سیستم‌های تعبیه‌شده، نمونه‌سازی اولیه و نوآوری به کیفیت مورد انتظار رسیده‌اند. با این حال، طراحان باید دانش قبلی داشته باشند تا به آنها کمک کند تا بیشترین بهره را از فناوری بردهای مدار چاپی کاستل‌دار ببرند.

طراحان و علاقه‌مندان از استحکام الکتریکی و مکانیکی بردهای مدار چاپی کاستل‌دار بهره‌مند شده‌اند. لحیم‌پذیری آسان، رسانایی حرارتی و استحکام مکانیکی آنها، امکان انجام پروژه‌های بهتر و پیشرفته‌تر را فراهم کرده است. لطفاً برای آشنایی با خدماتی که در مورد بردهای مدار چاپی کاستل‌دار ارائه می‌دهیم، به وب‌سایت ما، PCBASICS، مراجعه کنید.