A fabricação de PCBs passou por enormes avanços tecnológicos. Os designers modernos realizaram diversos avanços na montagem de novos PCBs para atender às necessidades de seus clientes. Anteriormente, furos passantes e vias eram usados para criar interconexões entre várias camadas de PCBs. No entanto, isso não foi suficiente para ajudar a interconectar PCBs a PCBs.
Durante o processo de design, você descobre que certas funcionalidades podem ser alcançadas pegando emprestado um PCB existente e integrando-o ao seu projeto para completar sua ideia. Por exemplo, se você estiver desenvolvendo um projeto de IoT que envolva conectividade Wi-Fi, não precisa projetar o circuito Wi-Fi do zero. Usar módulos facilmente disponíveis, como o ESP32-WROOM-32E, é suficiente. Mas você se perguntará como o módulo Wi-Fi está conectado ao seu projeto. É aqui que os PCBs castelados entram para resolver a situação. Portanto, o ESP32-WROOM-32E é um exemplo de módulo PCB que adota a tecnologia de castelação. Este artigo apresentará os PCBs castelados e ajudará você a entendê-los em detalhes.
Figura 1: Módulo ESP32-WROOM-32E com furos castelhanos
O que são PCBs castelhanos?
PCBs casteladas são projetadas com furos de montagem exclusivos, conhecidos como furos castelados. Os furos castelados são colocados na borda das PCBs. Esses furos permitem que os projetistas montem PCBs sobre outras PCBs por meio de um processo conhecido como soldagem placa a placa. Assim como os furos passantes e as vias, os furos castelados são revestidos para melhorar a condutividade. Os furos castelados geralmente são furos passantes divididos ao meio. Essas características são preferíveis quando a tecnologia de montagem em superfície é utilizada.
Figura 2: Furos castelhanos em uma periferia de PCB
Com furos castelo, os PCBs ganham vários benefícios que os tornam adequados para múltiplos usos, como:
· Integração de módulos para hospedar PCBs: Vários módulos, como GPRS, GPS, Wi-Fi e Bluetooth, vêm com furos de castelo, o que torna possível
· Processos de prototipagem: com furos acastelados, designers e inovadores têm a garantia de testes, prototipagem e montagem simplificados do produto.
· Possibilidade de miniaturização de PCB: Com o advento dos PCBs castelos, foi possível desenvolver módulos que podem ser instalados em áreas limitadas, reduzindo assim o tamanho dos PCBs.
· Maior durabilidade do PCB: Os furos castelados melhoraram a estrutura mecânica dos PCBs, tornando-os mais duráveis.
· Estabilidade elétrica aprimorada: PCBs com furos acastelados apresentam melhores propriedades elétricas. Os furos acastelados revestidos melhoraram a interconexão entre os PCBs, melhorando assim a estabilidade elétrica.
Tipos de Castellação em PCBs de Castellação
As castelações em PCBs de castelação podem ser classificadas em castelações completas, parciais e escalonadas.
Castellações completas
As castelações completas em PCBs são formadas pela divisão ao meio dos furos passantes colocados na borda da PCB. Isso forma furos semicirculares totalmente revestidos (veja a Figura 2). O revestimento completo visa melhorar a robustez mecânica e a continuidade elétrica.
Para formar castelos completos, furos completos são feitos perto da borda da placa de circuito impresso. A borda é fresada, deixando metade do furo passante intacta. Por fim, toda a forma formada é revestida com cobre.
Os castelos completos são usados nas seguintes áreas:
· Soldagem de bordas de PCB: Às vezes, como designer ou fabricante, você deseja conectar alguns módulos, como o módulo celular SIM800L, módulos WI-FI ESP32, etc., ao seu PCB host, e a amealhada completa vem ao seu resgate.
· Aterramento: Castelos completos são usados como blindagens em áreas onde interferências eletromagnéticas e de radiofrequência têm prioridade.
· Interconexões elétricas: a formação completa de castelos é adequada para a fabricação de placas empilháveis, garantindo a continuidade elétrica.
· Prototipagem e testes: durante o design inicial do projeto, os protótipos empregam técnicas de castelação completa que fornecem pontos de teste para testar o desempenho dos PCBs ou até mesmo conectar PCBs externos que podem ajudar durante os testes.
Castellações Parciais
As castelações parciais são derivadas das castelações completas. A diferença é que, na castelação parcial, as gravações em forma de U não são totalmente revestidas. Este tipo de castelação também possui pouca profundidade. Ao contrário da castelação completa, ela não corta toda a espessura da placa de circuito impresso.
As castelações parciais são usadas em PCBs que possuem o seguinte:
· Restrição de espaço: alguns PCBs têm espaço limitado, proibindo castelos completos; neste ponto, o castelo parcial é necessário.
· Interconexões menos críticas: As interconexões parciais são utilizadas onde uma conexão mecânica robusta não é essencial. São preferidas porque reduzem o custo da placa de circuito impresso.
· Pontos de sinal de circuito flexível: castelos parciais são usados em circuitos flexíveis, pois fornecem pontos de ancoragem para sinais mais fracos.
Castellações escalonadas
As castelações escalonadas são revestidas com furos passantes cortados ao meio, dispostos irregularmente ao longo da borda da placa de circuito impresso. Ao contrário das castelações inteiras e parciais, onde as gravações têm profundidade, altura e posicionamento uniformes, as castelações escalonadas apresentam diferentes variações de características semelhantes. As castelações podem ser total ou parcialmente revestidas.
Os castelos escalonados são usados nas seguintes áreas:
· HDI: PCBs HDI (High-Density Interconnect) possuem muitos componentes em uma área limitada. Essas PCBs multicamadas têm uma área de interconexão limitada. Agrupamentos escalonados são utilizados para garantir a interconexão.
· Breakout boards: Castelos escalonados são adaptados em PCBs modulares onde a conectividade pode ser necessária a qualquer momento sem interferir na resistência da mesma placa.
PCBs castelados: configurações de castelação
Além dos três tipos de ameias em PCBs, os projetistas usam três configurações em PCBs ameias: ameias de fileira única, fileira dupla e intercaladas.
Castellation de fileira única
A configuração mais comum de castelação é a castelação de fileira única, que consiste em uma única fileira de entalhes localizados ao longo da borda da placa de circuito impresso (PCB). Cada castelação é independente e possui revestimento de cobre para melhorar a conectividade com outras placas de circuito impresso (PCBs).
Os castelamentos de fileira única são fáceis de projetar e oferecem conexões mecânicas robustas, propriedades elétricas adequadas, uma superfície de fácil soldagem e excelente compatibilidade com conectores. No entanto, apresentam limitações, como superfícies de contato limitadas, visto que uma fileira única oferece castelamentos limitados para conectividade e é inadequada para HDI e outras PCBs complexas.
Castellation de duas fileiras
A estrutura de duas fileiras possui duas camadas paralelas de entalhes na borda da placa de circuito impresso (PCB). O número de pontos de contato é dobrado, aumentando a conectividade e mantendo o tamanho da placa de circuito impresso.
Ele gera um design compacto adequado para HDI, interligando placas-mãe a placas-mãe e dispositivos mais complexos que envolvem diversos protocolos de comunicação. No entanto, esse tipo de configuração apresenta limitações devido aos altos custos de fabricação, à complexidade do design e à dificuldade de montagem.
Castellação Intercalada
Em uma configuração de castelo intercalado, os castelos são escalonados na borda da placa de circuito impresso em duas ou mais fileiras. Em outras palavras, o arranjo assume um padrão em zigue-zague. Isso aumenta as superfícies de conectividade e maximiza o espaçamento.
A castelação intercalada oferece maior superfície de conexão, flexibilidade de roteamento e melhor integridade de sinal do que outras. No entanto, é relativamente cara e complexa durante a montagem, exigindo técnicas de fabricação mais avançadas.
Projeto de PCBs Castellados
PCBs castelados exigem conhecimento, técnicas e equipamentos avançados para sua fabricação. Antes da fabricação, você precisa considerar o seguinte durante o design do seu projeto:
· Especificações: o menor diâmetro do furo acastelado deve ser de 0.6 mm e o maior diâmetro deve ser de 1.2 mm. A área de aplicação determina o tamanho da seleção. O conjunto deve ser revestido com cobre para aumentar a condutividade e a soldabilidade.
· Prevenção de curto-circuito: Os furos acastelados ao redor são cobertos com uma máscara de solda para evitar curto-circuitos. As máscaras de solda também melhoram a aparência da placa.
· Revestimento de borda do PCB: a borda do PCB deve ser revestida de cobre para garantir que o PCB tenha uma superfície condutora.
· Faça "mordidas de rato": PCBs castelados têm "mordidas de rato" nas bordas. Essas pequenas perfurações permitem fácil fixação e desmontagem das PCBs sem interferir na integridade do sinal.
Aplicações de PCBs Castellados
As seguintes áreas são onde PCBs castelados encontram uso:
· Testes e prototipagem: Durante a fabricação, PCBs castelados são usados para testar as placas para garantir que elas atendam aos requisitos esperados.
· Usado em dispositivos IoT: dispositivos como GPRS, GSM, GPS, Bluetooth e módulos Wi-Fi adotam tecnologia acastelada para fácil integração.
· Sistemas de gerenciamento de energia: sistemas BMS que exigem conexão perfeita adotam tecnologia de PCB acastelado.
Desafios de PCBs Castellados
Além das muitas vantagens e aplicações, as PCBs casteladas apresentam diversos desafios. O processo de fabricação é muito complexo. Se não for manuseado com o devido cuidado, o revestimento castelado pode ser danificado. Essa tecnologia não é uma opção para PCBs de alta corrente, o que significa que as PCBs casteladas apresentam limitações de projeto. Outro desafio é a questão da soldagem. Se não forem soldadas com cuidado, os furos castelados podem ser bloqueados.
Conclusão
As PCBs casteladas encontraram seu lugar no mundo da eletrônica moderna. Seu advento tornou possível a interconexão de PCBs. Com sua versatilidade, IoT, sistemas embarcados, prototipagem e inovação alcançaram a qualidade esperada. No entanto, os projetistas precisam ter conhecimento prévio para aproveitar ao máximo a tecnologia de PCBs casteladas.
Amadores e designers se beneficiaram da robustez elétrica e mecânica das PCBs casteladas. Sua fácil soldabilidade, condutividade térmica e resistência mecânica permitiram projetos melhores e mais avançados. Explore nosso site, PCBASICS, para saber mais sobre os serviços que oferecemos em relação às PCBs casteladas.
