De productie van printplaten (PCB's) heeft een enorme technologische vooruitgang geboekt. Moderne ontwerpers hebben diverse ontwikkelingen doorgevoerd in de montage van nieuwe printplaten om aan de behoeften van hun klanten te voldoen. Voorheen werden doorgemetalliseerde gaten en via's gebruikt om verbindingen tussen verschillende lagen van de printplaten te creëren. Dit was echter niet voldoende om printplaten met elkaar te verbinden.
Tijdens het ontwerpproces ontdekt u dat bepaalde functionaliteit kan worden bereikt door een bestaande printplaat te lenen en deze in uw ontwerp te integreren om uw idee te voltooien. Als u bijvoorbeeld een IoT-project maakt met wifi-connectiviteit, hoeft u het wifi-circuit niet helemaal opnieuw te ontwerpen. Het lenen van kant-en-klare modules zoals de ESP32-WROOM-32E is voldoende. U zult zich echter afvragen hoe de wifi-module op uw ontwerp wordt aangesloten. Hier komen kant-en-klare printplaten van pas. De ESP32-WROOM-32E is daarom een voorbeeld van een printplaatmodule die gebruikmaakt van de kant-en-klare technologie. Dit artikel introduceert kant-en-klare printplaten en helpt u ze in detail te begrijpen.
Figuur 1: ESP32-WROOM-32E Module met gekartelde gaten
Wat zijn gecastreerde PCB's?
Gekartelde PCB's zijn PCB's die zijn ontworpen met unieke montagegaten, zogenaamde 'kantelgaten'. Deze kantelgaten bevinden zich aan de rand van de PCB. Deze gaten stellen ontwerpers in staat om PCB's op een andere PCB te monteren door middel van een proces dat bekend staat als board-to-board solderen. Net als de doorgaande gaten en via's zijn de kantelgaten geplateerd om de geleiding te verbeteren. Kantelgaten zijn over het algemeen doorgaande gaten met een halve diameter. Deze eigenschappen hebben de voorkeur bij gebruik van oppervlaktemontagetechnologie.
Figuur 2: Gekartelde gaten op een PCB-periferie
Dankzij de gekanteelde gaten bieden PCB's diverse voordelen waardoor ze geschikt zijn voor meerdere toepassingen, zoals:
· Modules integreren om PCB's te hosten: Verschillende modules zoals GPRS, GPS, Wi-Fi en Bluetooth zijn voorzien van kantelgaten, waardoor het mogelijk is
· Prototypingprocessen: Dankzij gekanteelde gaten kunnen ontwerpers en vernieuwers rekenen op vereenvoudigde producttesten, prototyping en assemblage.
· Mogelijkheid tot miniaturisatie van PCB's: Dankzij de komst van gekanteelde PCB's is het mogelijk geworden modules te ontwikkelen die in beperkte ruimtes passen, waardoor de PCB-afmetingen worden verkleind.
· Verbeterde duurzaamheid van PCB's: gekartelde gaten hebben de mechanische structuur van PCB's verbeterd en daardoor duurzamer gemaakt.
· Verbeterde elektrische stabiliteit: PCB's met gekartelde gaten hebben betere elektrische eigenschappen. De geplateerde gekartelde gaten hebben de onderlinge verbinding tussen PCB's verbeterd, wat de elektrische stabiliteit verbetert.
Soorten Castellatie in Castellatie-PCB's
Castellaties in castellatie-PCB's kunnen worden ingedeeld in volledige, gedeeltelijke en gestapelde castellaties.
Volledige castreringen
Volledige kantelingen in printplaten worden gevormd door de doorgeplateerde gaten in de rand van de printplaat te halveren. Dit resulteert in volledig geplateerde halfronde gaten (zie afbeelding 2). De volledige plating is bedoeld om de mechanische robuustheid en elektrische continuïteit te verbeteren.
Om volledige kantelingen te vormen, worden volledige gaten gemaakt nabij de rand van de printplaat. De rand wordt gefreesd, waarbij de helft van het doorlopende gat intact blijft. Ten slotte wordt de gehele gevormde vorm geplateerd met koper.
In de volgende gebieden worden volledige kantelen gebruikt:
· PCB-rand solderen: Soms wilt u als ontwerper of fabrikant modules, zoals de SIM800L-cellulaire module, ESP32 WI-FI-modules, enz., op uw host-PCB bevestigen. In dat geval is volledige kanteling de redding.
· Aarding: Volledige kantelen worden gebruikt als afscherming in gebieden waar elektromagnetische en radiofrequentie-interferentie voorrang krijgt.
· Elektrische verbindingen: Volledige kantelingen zijn geschikt voor de productie van stapelbare borden, omdat de elektrische continuïteit gewaarborgd is.
· Prototyping en testen: In de beginfase van het project worden bij prototypes volledige kantelingstechnieken gebruikt. Deze bieden testpunten voor het testen van de prestaties van de PCB's of zelfs voor het aansluiten van externe PCB's die kunnen helpen tijdens het testen.
Gedeeltelijke castrificaties
Gedeeltelijke kantelingen zijn gebaseerd op volledige kantelingen. Het verschil is dat bij gedeeltelijke kantelingen de U-vormige graveringen niet volledig geplateerd zijn. Dit type kanteling heeft ook een geringe diepte. In tegenstelling tot de volledige kanteling snijdt het niet door de volledige PCB-dikte.
Gedeeltelijke kantelingen worden gebruikt op printplaten met de volgende kenmerken:
· Ruimtebeperking: Sommige PCB's hebben beperkte ruimte, waardoor volledige kantelingen niet mogelijk zijn. In dat geval is gedeeltelijke kantelingen noodzakelijk.
· Minder kritische verbindingen: Gedeeltelijke kantelingen worden gebruikt waar een robuuste mechanische verbinding niet essentieel is. Deze hebben de voorkeur omdat ze de kosten van de printplaat verlagen.
· Signaalpunten in flexibele circuits: Gedeeltelijke kantelingen worden gebruikt in flexibele circuits omdat ze ankerpunten bieden voor zwakkere signalen.
Verspreide castellaties
Verspringende kantelen zijn geplateerd door gaten die onregelmatig langs de rand van de printplaat zijn geplaatst. In tegenstelling tot volledige en gedeeltelijke kantelen, waarbij de graveringen een uniforme diepte, hoogte en positionering hebben, hebben verspringende kantelen verschillende variaties van vergelijkbare kenmerken. De kantelen kunnen volledig of gedeeltelijk geplateerd zijn.
In de volgende gebieden worden trapsgewijs geplaatste kantelen toegepast:
· HDI: HDI (High-Density Interconnect) PCB's hebben veel componenten op een beperkt oppervlak. Deze meerlaagse PCB's hebben een beperkt verbindingsoppervlak. Verspringende kantelingen worden gebruikt om de onderlinge verbinding te garanderen.
· Breakout-borden: Verspringende kantelingen worden toegepast in modulaire printplaten als er op een bepaald moment connectiviteit nodig is zonder dat dit ten koste gaat van de stevigheid van het bord.
Gekartelde PCB's: kartelconfiguraties
Naast de drie typen kantelingen in PCB's gebruiken ontwerpers drie configuraties in kantelde PCB's: enkelrijige, dubbele rijige en door elkaar gestapelde kantelingen.
Enkelvoudige rij Castellatie
De meest voorkomende configuratie van kantelen is een enkelvoudige kantelenconfiguratie, die bestaat uit een enkele rij inkepingen langs de rand van de printplaat. Elke kantelenconfiguratie is onafhankelijk en voorzien van koperplating om de connectiviteit met andere printplaten te verbeteren.
Enkelvoudige kantelingen zijn eenvoudig te ontwerpen en bieden robuuste mechanische verbindingen, adequate elektrische eigenschappen, een gemakkelijk te solderen oppervlak en uitstekende connectorcompatibiliteit. Ze hebben echter beperkingen, zoals beperkte contactoppervlakken, omdat een enkele rij beperkte kantelingen biedt voor connectiviteit en niet geschikt is voor HDI en andere complexe printplaten.
Dubbele rij Castellatie
Dubbele rij-castellatie heeft twee parallelle lagen inkepingen aan de rand van de printplaat. Het aantal contactpunten is verdubbeld, wat de connectiviteit verbetert en de PCB-grootte gelijk blijft.
Het genereert een compact ontwerp dat geschikt is voor HDI, waarbij dochterborden worden gekoppeld aan moederborden en complexere apparaten met talloze communicatieprotocollen. Dit type configuratie kent echter beperkingen vanwege de hoge productiekosten, het complexe ontwerp en de lastige montage.
Verweven Castellatie
In een interleaved-castellatieconfiguratie zijn de kantels aan de rand van de printplaat in twee of meer rijen verspringend geplaatst. Met andere woorden, de opstelling heeft een zigzagpatroon. Dit vergroot de connectiviteitsoppervlakken en maximaliseert de afstand.
Interleaved castellation biedt een groter verbindingsoppervlak, flexibele routering en een betere signaalintegriteit dan andere. Het is echter relatief duur en complex tijdens de montage, en er zijn geavanceerdere productietechnieken vereist.
Ontwerp van gecastreerde printplaten
De productie van gecastreerde printplaten vereist geavanceerde kennis, technieken en apparatuur. Voordat u ze produceert, moet u tijdens het ontwerp van uw project rekening houden met het volgende:
· Specificaties: de kleinste diameter van het gekartelde gat moet 0.6 mm zijn en de grootste diameter 1.2 mm. Het toepassingsgebied bepaalt de grootte van de selectie. Het geheel moet worden geplateerd met koper om de geleidbaarheid en soldeerbaarheid te verbeteren.
· Kortsluitpreventie: De omliggende gekartelde gaten zijn afgedekt met een soldeermasker om kortsluiting te voorkomen. Soldeermaskers verbeteren ook het uiterlijk van de printplaat.
· PCB-randplating: De PCB-rand moet worden verkocht om ervoor te zorgen dat de PCB een geleidend oppervlak heeft.
· Maak muizenbeten: gekartelde printplaten hebben muizenbeten aan de randen. Deze kleine perforaties maken het eenvoudig om de printplaten te bevestigen en te verwijderen zonder de signaalintegriteit te beïnvloeden.
Toepassingen van gecastreerde printplaten
Kanteelprintplaten worden gebruikt in de volgende gebieden:
· Testen en prototyping: Tijdens de productie worden kant-en-klare printplaten gebruikt om de printplaten te testen en er zeker van te zijn dat ze aan de verwachte eisen voldoen.
· Gebruikt in IoT-apparaten: Apparaten zoals GPRS, GSM, GPS, Bluetooth en wifi-modules maken gebruik van kanteeltechnologie voor eenvoudige integratie.
· Energiebeheersystemen: BMS-systemen die een naadloze verbinding nodig hebben, maken gebruik van kastelated PCB-technologie.
Uitdagingen voor gecastreerde PCB's
Naast de vele voordelen en het gebruik, brengen kanteelvormige PCB's ook diverse uitdagingen met zich mee. Het productieproces is zeer complex. Bij onvoldoende zorgvuldige behandeling kan de kantelvormige plating beschadigd raken. Deze technologie is niet geschikt voor PCB's met hoge stroomsterkte, wat betekent dat kantelvormige PCB's ontwerpbeperkingen hebben. Een andere uitdaging is het soldeerprobleem. Als de kantelvormige gaten niet goed gesoldeerd worden, kunnen ze verstopt raken.
Conclusie
Gekartelde printplaten hebben hun plaats veroverd in de wereld van moderne elektronica. Hun komst heeft het mogelijk gemaakt om printplaten met elkaar te verbinden. Dankzij hun veelzijdigheid hebben IoT, embedded systemen, prototyping en innovatie aan de verwachte kwaliteit voldaan. Ontwerpers moeten echter over voorkennis beschikken om de technologie van gekartelde printplaten optimaal te benutten.
Hobbyisten en ontwerpers hebben geprofiteerd van de elektrische en mechanische robuustheid van kanteelprintplaten. Hun gemakkelijke soldeerbaarheid, thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte hebben betere en geavanceerdere projecten mogelijk gemaakt. Bekijk onze website, PCBASICS, voor meer informatie over de diensten die wij aanbieden met betrekking tot kanteelprintplaten.
