La produzione di PCB ha registrato enormi progressi tecnologici. I progettisti moderni hanno apportato diverse innovazioni al montaggio di nuovi PCB per soddisfare le esigenze dei loro clienti. In precedenza, fori passanti e via placcati venivano utilizzati per creare interconnessioni tra diversi strati dei PCB. Tuttavia, questo non è stato sufficiente per facilitare l'interconnessione tra i PCB.
Durante la progettazione, ci si rende conto che determinate funzionalità possono essere ottenute prendendo in prestito un PCB esistente e integrandolo nel progetto per completare l'idea. Ad esempio, se si sta realizzando un progetto IoT che prevede la connettività Wi-Fi, non è necessario progettare il circuito Wi-Fi da zero. È sufficiente prendere in prestito moduli facilmente reperibili come l'ESP32-WROOM-32E. Tuttavia, ci si potrebbe chiedere come il modulo Wi-Fi sia collegato al progetto. È qui che entrano in gioco i PCB con tecnologia "castellated" per risolvere il problema. Pertanto, l'ESP32-WROOM-32E è un esempio di modulo PCB che adotta la tecnologia "castellated". Questo articolo introdurrà i PCB con tecnologia "castellated" e vi aiuterà a comprenderli in dettaglio.
figura 1: Modulo ESP32-WROOM-32E con fori a corona
Cosa sono i PCB castellati?
I PCB a castellatura sono PCB progettati con fori di montaggio esclusivi, noti come fori a castellatura. I fori a castellatura sono posizionati sul bordo dei PCB. Questi fori consentono ai progettisti di montare i PCB uno sopra l'altro tramite un processo noto come saldatura scheda-scheda. Come i fori passanti e i via, i fori a castellatura sono placcati per migliorarne la conduttività. I fori a castellatura sono generalmente fori passanti dimezzati. Queste caratteristiche sono preferite quando si utilizza la tecnologia di montaggio superficiale.
figura 2: Fori a castella su una periferia PCB
Grazie ai fori dentati, i PCB acquisiscono diversi vantaggi che li rendono adatti a molteplici utilizzi, tra cui:
· Integrazione di moduli per ospitare PCB: vari moduli come GPRS, GPS, Wi-Fi e Bluetooth sono dotati di fori di castellatura, che rendono possibile
· Processi di prototipazione: grazie ai fori dentati, progettisti e innovatori hanno la garanzia di test, prototipazione e assemblaggio dei prodotti semplificati.
· Possibilità di miniaturizzazione dei PCB: con l'avvento dei PCB dentati, è stato possibile sviluppare moduli che possono essere installati in aree limitate, riducendo così le dimensioni dei PCB.
· Maggiore durata dei PCB: i fori dentellati hanno migliorato la struttura meccanica dei PCB, rendendoli più durevoli.
· Maggiore stabilità elettrica: i PCB con fori a corona presentano migliori proprietà elettriche. I fori a corona placcati hanno migliorato l'interconnessione tra i PCB, migliorando così la stabilità elettrica.
Tipi di Castellazione nei PCB di Castellazione
Le castellazioni nei PCB di castellazione possono essere classificate in castellazioni complete, parziali e sfalsate.
Castellazioni complete
Le calettature complete nei PCB si ottengono dimezzando i fori passanti placcati presenti sul bordo del PCB. Questo forma fori semicircolari completamente placcati (vedi Figura 2). La placcatura completa ha lo scopo di migliorare la robustezza meccanica e la continuità elettrica.
Per realizzare le merlettature complete, vengono praticati dei fori completi vicino al bordo del PCB. Il bordo viene fresato, lasciando intatta metà del foro passante. Infine, l'intera forma ottenuta viene placcata con rame.
Le merlature complete vengono utilizzate nelle seguenti aree:
· Saldatura dei bordi del PCB: a volte, come progettista o produttore, potresti voler collegare alcuni moduli, come il modulo cellulare SIM800L, i moduli Wi-Fi ESP32, ecc., al tuo PCB host; in questo caso, la saldatura completa viene in tuo soccorso.
· Messa a terra: le merlature complete vengono utilizzate come scudi nelle aree in cui le interferenze elettromagnetiche e a radiofrequenza hanno la priorità.
· Interconnessioni elettriche: la castellatura completa è adatta alla produzione di schede impilabili poiché garantisce la continuità elettrica.
· Prototipazione e test: durante la fase iniziale di progettazione del progetto, i prototipi utilizzano tecniche di castellazione complete che forniscono punti di prova per testare le prestazioni dei PCB o anche per collegare PCB esterni che potrebbero essere utili durante i test.
Castellazioni parziali
Le merlature parziali derivano dalle merlature complete. La differenza è che, nella merlature parziale, le incisioni a forma di U non sono completamente placcate. Anche questo tipo di merlature ha una profondità ridotta. A differenza della merlature completa, non attraversa l'intero spessore del PCB.
Le merlature parziali vengono utilizzate nei PCB che presentano le seguenti caratteristiche:
· Vincolo di spazio: alcuni PCB hanno spazio limitato, il che impedisce la merlatura completa; in questo caso, è necessaria una merlatura parziale.
· Interconnessioni meno critiche: le bordature parziali vengono utilizzate quando una connessione meccanica robusta non è essenziale. Sono preferite perché riducono il costo del PCB.
· Punti di segnale nei circuiti flessibili: le merlature parziali vengono utilizzate nei circuiti flessibili poiché forniscono punti di ancoraggio per i segnali più deboli.
Castellazioni sfalsate
Le merlature sfalsate sono state placcate a metà attraverso fori disposti irregolarmente lungo il bordo del PCB. A differenza delle merlature intere e parziali, in cui le incisioni hanno profondità, altezza e posizionamento uniformi, le merlature sfalsate presentano diverse varianti di caratteristiche simili. Le merlature possono essere placcate completamente o parzialmente.
Le merlature sfalsate vengono utilizzate nelle seguenti aree:
· HDI: i PCB HDI (High-Density Interconnect) presentano numerosi componenti in un'area limitata. Questi PCB multistrato presentano un'area di interconnessione limitata. Per garantire l'interconnessione, vengono utilizzate delle bordature sfalsate.
· Schede breakout: le dentellature sfalsate vengono adattate nei PCB modulari in cui la connettività potrebbe essere necessaria in qualsiasi momento senza interferire con la resistenza della scheda stessa.
PCB Castellated: Configurazioni di Castellazione
Oltre ai tre tipi di dentellatura nei PCB, i progettisti utilizzano tre configurazioni nei PCB con dentellatura: a fila singola, a fila doppia e a dentellatura interlacciata.
Castellazione a fila singola
La configurazione più comune di dentellature è quella a fila singola, che consiste in una singola fila di tacche posizionate lungo il bordo del PCB. Ogni dentellatura è indipendente e presenta una placcatura in rame per migliorare la connettività con gli altri PCB.
Le dentellature a fila singola sono facili da progettare e offrono connessioni meccaniche robuste, proprietà elettriche adeguate, una superficie di saldatura facile e un'eccellente compatibilità con i connettori. Tuttavia, presentano delle limitazioni, come superfici di contatto limitate, poiché una fila singola offre dentellature limitate per la connettività e non è adatta per HDI e altri PCB complessi.
Castellazione a doppia fila
La dentellatura a doppia fila presenta due strati paralleli di tacche sul bordo del PCB. Il numero di punti di contatto è raddoppiato, aumentando la connettività senza compromettere le dimensioni del PCB.
Genera un design compatto adatto per HDI, interfacciando schede figlie con schede madri e dispositivi più complessi che richiedono numerosi protocolli di comunicazione. Tuttavia, questo tipo di configurazione presenta limitazioni dovute agli elevati costi di produzione, alla complessità del design e alla difficoltà di assemblaggio.
Castellazione interlacciata
In una configurazione a dentelli interlacciati, i dentelli sono disposti sfalsati sul bordo del PCB su due o più file. In altre parole, la disposizione assume un andamento a zigzag. Questo aumenta le superfici di connettività massimizzando al contempo la spaziatura.
La castellatura interlacciata offre una maggiore superficie di connessione, flessibilità di routing e una migliore integrità del segnale rispetto ad altre soluzioni. Tuttavia, è relativamente costosa e complessa in fase di assemblaggio e richiede tecniche di produzione più avanzate.
Progettazione di PCB castellati
La produzione di PCB a celle richiede conoscenze, tecniche e attrezzature avanzate. Prima della produzione, è necessario considerare quanto segue durante la progettazione del progetto:
· Specifiche: il diametro minimo del foro dentato deve essere di 0.6 mm e quello massimo di 1.2 mm. L'area di applicazione determina la dimensione della selezione. Il tutto deve essere placcato in rame per migliorarne la conduttività e la saldabilità.
· Prevenzione dei cortocircuiti: i fori a corona circostanti sono coperti da una maschera di saldatura per prevenire cortocircuiti. Le maschere di saldatura migliorano anche l'aspetto della scheda.
· Rivestimento del bordo del PCB: il bordo del PCB deve essere rivestito in rame per garantire che il PCB abbia una superficie conduttiva.
· Crea dei morsi di topo: i PCB a castellatura presentano dei morsi di topo sui bordi. Queste minuscole perforazioni consentono di agganciare e staccare facilmente i PCB senza interferire con l'integrità del segnale.
Applicazioni dei PCB castellati
I PCB castellati trovano impiego nei seguenti ambiti:
· Test e prototipazione: durante la produzione, vengono utilizzati PCB dentati per testare le schede e garantire che soddisfino i requisiti previsti.
· Utilizzato nei dispositivi IoT: dispositivi come i moduli GPRS, GSM, GPS, Bluetooth e Wi-Fi adottano la tecnologia castellated per una facile integrazione.
· Sistemi di gestione dell'alimentazione: i sistemi BMS che richiedono una connessione senza interruzioni adottano la tecnologia PCB a celle chiuse.
Sfide dei PCB castellati
Oltre ai numerosi vantaggi e alle numerose possibilità di utilizzo, i PCB con castellatura presentano diverse sfide. Il processo di produzione è molto complesso. Se non maneggiata con la dovuta cura, la placcatura con castellatura può danneggiarsi. Questa tecnologia non è adatta per i PCB ad alta corrente, il che significa che i PCB con castellatura presentano limitazioni progettuali. Un'altra sfida è la saldatura. Se non saldata con cura, i fori con castellatura possono ostruirsi.
Conclusione
I PCB a castellatura hanno trovato il loro posto nel mondo dell'elettronica moderna. Il loro avvento ha reso possibile l'interconnessione dei PCB. Grazie alla loro versatilità, IoT, sistemi embedded, prototipazione e innovazione hanno raggiunto i livelli di qualità attesi. Tuttavia, i progettisti devono possedere conoscenze pregresse per ottenere il massimo dalla tecnologia dei PCB a castellatura.
Hobbisti e progettisti hanno tratto vantaggio dalla robustezza elettrica e meccanica dei PCB con castellatura. La loro facile saldabilità, la conduttività termica e la resistenza meccanica hanno permesso di realizzare progetti migliori e più avanzati. Visitate il nostro sito web, PCBASICS, per scoprire i servizi che offriamo in materia di PCB con castellatura.
