Тесіктердің тегістелген жиектерінің дизайны: Модульдер үшін PCB-дың тегістелген жиектері

Кіріспе

Қазіргі заманның PCB жобалауының негізі – әсерлілік, масштабтау мен модульділікте. Интернет заттарының дамуына және тұтынушылық электроника мен өнеркәсіптік басқару технологияларындағы жетістіктерге байланысты икемді жобаланған және оңай жиналатын құрылғыларға деген нарықтық сұраныс артып келеді. Дәл осы контексте шектермен қапталған тесіктер технологиясы (PCB шектері немесе жартылай пластиналанған тесіктер деп те аталады) пайда болды және прототиптеуден бастап массалық өндіріске дейінгі әрбір кезеңге түбегейлі өзгерістер енгізді.

Кастелляциялар бір PCB-ті екіншісіне орнату үшін инженерлердің жұмысын түбегейлі өзгертті. Кастелляцияланған тесіктердің технологиясы қазір модульдерді негізгі PCB немесе үлкен баспа платасына тікелей дәнекерлеуге мүмкіндік береді, бұл сымдар мен коннекторларға сүйенетін дәстүрлі пішіндеу әдістерінің орнын басады. Бұл инновация беттік орнатудың тиімділігі мен сенімділігін арттыра отырып, жинау процесін негізінен жеңілдетеді. Raspberry Pi Pico немесе қолданбалы сымсыз байланыс модульдері сияқты көптеген өндіріс және күрделі PCB схемаларында кастелляцияланған тесіктерді қолдану тек жылдам дамуды ғана қамтамасыз етпейді, сонымен қатар тұрақты электр байланысын және механикалық беріктікті қамтамасыз етеді.

PCB-дағы Кастелляциялар деген не Тесіктер pCB-да?

Тақташалы тесік - бұл PCB-ның шетінде жартылай ашық болатын ерекше жартылай дөңгелек өткін. Бұл тесіктер, әдетте, CNC фрезерлеу немесе трассировка арқылы кесілген, сондықтан тек тесіктің жартысы ғана тақтаның шетінде ашық қалады. Бұл жартылай тесік, жартылай пластиналы тесік, жартылай пластиналы тесік немесе жартылай кесілген тесік деп аталатын нәрсені жасайды.

Тақташалар модульді беттік орнату құрылғысындай жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Модуль шетінде тесіктермен жасалады (жиі пластиналы тесіктердің стандартты қадамына сәйкес келеді), содан кейін бұл тесіктер негізгі тақтаға лептеледі - суб-схемаларды тегіс интеграциялау үшін дәлме-дәл сәйкестендіру.

Негізгі Ерекшеліктер

• Жартылай Пластиналы Құрылым : Әрбір тесік тек жартылай PCB-ға орнатылған, ал оның бір шеті ашық қалады.
• Беттік Лептеу : Модуль мен тақта осы жартылай тесіктерді сәйкес келетін лептеу алаңдарына лептеу арқылы біріктіріледі.
• Пластиналы Шет : Пайдаланылатын виа сияқты ішкі мыс пластинасы плата шетіне ашық болса да, ток өтуі үшін дұрыс электр байланысты қамтамасыз етеді.
• Кеңістік тиімділігі : Тауыршын тесіктері әсіресе шектеулі кеңістікте немесе тік бағыттағы профильді азайту қажет болғанда орнатуды жеңілдетеді.

Тауыршын Тесіктерінің Дамуы мен Мақсаты

Тауыршындарды қолдану ППҚ жинау процесі мен модульді өнімдерді жобалауда маңызды дамудың белгісі болып табылады. Электрондық байланыстыру технологиясы саласында бастапқы шешімдер негізінен сквозные компоненттерге және үлкен коннекторларға сүйенген. Қазіргі уақытта миниатюризация мен модульдік құрылымға деген күшті құбылыстар арқасында тиімді шешімдер үнемі дамып келеді.

Неліктен Тауыршын Тесіктері?

• Тиімді Модуль Жинау : Дербес желілік коммуникациялық модульдерді, RF модульдерін немесе кез келген қосымша ППҚ модульдерін тасымалдаушы платаларға оңай бекітіп жалғауға болады.
• Жоғары көлемде өндіру : Ішкі схемаларды жеке модуль ретінде массалық түрде шығаруға болады, ал содан кейін соңғы жинақтау кезінде тауыршындар арқылы негізгі платаларға интеграциялауға болады.
• Өнімнің Тез Дамуы : Негізгі тақтаны қайта жобалаудың қажетінсіз модульді ауыстыру немесе жаңарту.
• Кеңістіктің шектеулері : Бұл шешім PCB кеңістігі қатаң шектелген жоғарғы санатты тұтынушы электроникасы мен өнеркәсіптік басқару қолданбалары үшін идеалды таңдау болып табылады.
• Сигналдық өнімділікті жақсарту : Пластиналы шеттер мен тікелей дәнекерлеу коннектор негізделген жинақтармен салыстырғанда кедергіні және сигналдың жоғалуының мүмкіндігін азайтады.

PCB кастеляцияларының түрлері

PCB кастеляциясы әртүрлі орнату мен жинау қажеттіліктері үшін бапталуы мүмкін:

Толық кастеляциялар

Бұлар PCB шеті бойынша қолданылатын, дәл жартысына дейін кесілген пластиналы өткізу тесіктері. Олар өнеркәсіптік PCB және қуат модульдерінде жиі кездесетін, мықты механикалық қолдау мен максималды электрлік контакт қамтамасыз етеді.

Жартылай тесіктер

Кейде тек өткізу тесігінің бір бөлігі ғана шетінде ашық болады, оны жартылай тесік деп атайды. Бұл тәсіл электрлік байланысты азайтпай, компоновка шектеулері немесе байланыстар саны кеңістікті үнемдеу әдістерін қажет еткенде қолданылады.

Таңбалардың сатылы/қиыстырылған орналасуы

Тесіктердің толқын тәрізді немесе кезектесіп орналасуы, жиі HDI электрондық плата немесе шеті бойынша контактілердің тығыздығын арттыру қажет болған кезде қолданылады. Бұл әдіс байланыс PCB панельдерінде немесе әртүрлі сигнал түрлері бар шығару платаларында маңызды рөл атқарады.

Таңбалардың конфигурациясы мен орнату әдістері

Таңба тесіктерінің негізгі параметрлері (саны, арақашықтығы, орналасуы) тұрақты емес, сонымен қатар соңғы қолданудың конструкциялық сипаттамаларына байланысты анықталады.

Жалғыз қатарлы таңбалар

Жиі кездесетіні — модуль шеті бойынша бір қатар таңба тесіктері орналасады. Тесіктер саны қажетті функцияларға байланысты — күрделі процестер үшін көбірек, қарапайым шығарулар үшін азырақ болады.

Екі қатарлы немесе қиыстырылған үлгілер

Аралас немесе екі қатарлы тегін тесіктердің орналасуы жерге қосу сілтемелері мен сигналдық жолдарды оптимизациялайды және USB, HDMI және RF сияқты жоғары жылдамдықты сигналдардың бүтіндігіне негізгі кепілдік береді. Бұл жоғары санатты печаттық платалардың өнімділігін арттырудың негізгі конструкторлық әдісі болып табылады.

• Орнату ұсыныстары : Тегін тесіктердің арақашықтығы негізгі PCB-дағы контактілердің қадамына қатаң сәйкес келуі керек, бұл дәлме-дәл туралау мен мықты жинауды қамтамасыз етудің алдын-ала шарты болып табылады.

Механикалық орнату тесіктері

Тегін тесіктерден басқа да стандартты орнату тесіктері (металдалмаған немесе толығымен металданған) өнеркәсіптік немесе автомобиль ортасында вибрацияға немесе механикалық кернеуге ұшырайтын модульдер үшін қосымша механикалық бекіту үшін пайдаланылуы мүмкін.

Тегін тесіктер қалай жасалады?

PCB-лардағы жоғары сапалы тегін тесіктерді жасау бірнеше арнайы печаттық платаны шығару кезеңдерін қажет етеді:

• Тесу және металдау плата шетіне жақын тесіктер тесіледі және электрлік байланысты қамтамасыз ету үшін мыспен капталады.
• Маршрутизация және фрезерлеу cNC фрезері ПЛБ-ның сыртқы шетін кесіп алады, жартылай капталған тесікті ашып, қорғаныштық шетін жасайды.
• Сапа Қонтролі мыс бүрлерінің болмауын, сақиналы сақина өлшемін сақтау мен ашық мыс бетінде күйдірудің алдын алу қажет. Түзудің дұрыстығы мен таза бетін тексеру маңызды.
• Қорғау қабаты және бетінің қаптамасы тесіктердің үстіне масканың жылжуын болдырмаңыз және жинау процесіне арналған дизайн нұсқаулықтарына сәйкес бетінің қаптамасын (ENIG, HASL және т.б.) көрсетіңіз.

Өндіру кестесіне мысал :

Жобалау бойынша нұсқаулықтар мен ең жақсы практикалар

Жоғары сапалы PCB жобасы мен сенімді модуль-негізгі тақта орнату PCB жобаларындағы тісті саңылаулар үшін дәлелденген жобалау нұсқаулықтарына сәйкес болуға байланысты:

Негізгі жобалау нұсқаулықтары

1. Ең кіші тесік өлшемі : Сигнал/қуат қажеттіліктеріне байланысты тісті саңылаулар үшін 0,5 мм-ден 1,2 мм-ге дейін стандартты мән болып табылады.
2. Шетінен бос кеңістік : Қысқа тұйықталудан сақтану үшін тақтаның шеті мен басқа элементтер немесе мыс құюлар арасында кемінде 1,0 мм қалдырыңыз.
3. Аннуляр колцо : Әр тесік etrafында мықты пластика және қорғасын сіңіру үшін ені кемінде 0,25 мм болуы керек.
4. Пақша пішіні мен орналасуы : Маршруттаудан кейін әрбір пақшаның/пластикалық платаның кемінде жартысы ППТ-да қалуы тиіс.
5. Арақашықтық және қадам : Тесіктерді модуль талаптарына және негізгі тақтаның пақша орналасуына сәйкес орналастырыңыз; дұрыс арақашықтық орындардың бірігуінен сақтандырады және автоматтандырылған ППТ жинақтауды жеңілдетеді.
6. Механикалық беріктендіру : Механикалық жүктемеге ұшырайтын модульдер үшін қосымша орнату тесіктерін және қалың мыс қабаттарын қолданыңыз.
7. Қорғағыш қабық шетінен бос кеңістік : PCB макетінде балқытқыш маска шеттерді немесе жартылай тесіктерді жауып алуына немесе бөлшектеп жабуына жол бермеу үшін жеткілікті тазалықты сақтаңыз.

Қосымша PCB Жобалау Кеңестері

• Көп қатарлы немесе ығысқан кастеляция үшін (Raspberry Pi қосымшаларында немесе HDI платах жиі кездеседі), PCB макеті бағдарламасының шетіндегі күрделі тесік конфигурацияларын қолдайтынына көз жеткізіңіз.
• Жоғары жиілікті немесе сымсыз байланыс модульдерінде дыбысты азайту және сигналдың бүтіндігін максималдандыру үшін сигналдық желілердің арасында жерлендірілген кастеляцияларды жобалаңыз.
• PCB макетінің 1:1 масштабтағы көшірмесін басып шығарып және жобаны емлекшілікке асырмай тұрып, компоненттерді немесе сынақ платаларын қолмен орнатып, туралауды тексеріңіз.

Практикалық Инженерлік Кеңестер

• Рефлоулық Жинау : Raspberry Pi Pico немесе басқа да күрделі модульдер сияқты шетінде пиндің жоғары саны болған жағдайда тұрақтылықты арттыру үшін мүмкіндігінше кәсіби түрде жасалған трафаретпен рефлоулық балқытуды қолданыңыз.
• Қолмен дәнекерлеу : Жартылай пластиналық тесіктерде таза буындар алу үшін ұшы жіңішке, температурасы реттелетін паяльник пен көп мөлшерде флюс қолданыңыз.
• Механикалық қолдау : Ірі немесе ауыр модульдер үшін балқытпа буындарға тигізетін кернеуді азайту үшін тісті шеттерді орнату тесіктерімен бірге қолданыңыз.
• Тексеру : Жиналғаннан кейін, әсіресе тығыз орналасқан байланыс баспасында, балқытпа көпірлері мен салқын буындарды тексеру үшін күшті үлкейткіш немесе микроскоп қолданыңыз.
• Сынау : Тек көру арқылы ғана емес, әрбір тісті шеттің барлығында да тұтастық пен функцияны тексеріп отырыңыз. Bluetooth немесе Wi-Fi модульдері сияқты сезімтал тізбектерге мүлтіксіз қосылулар қажет.

Тісті шеттердің қолданылуы

Тісті шеттер мен баспа платасының тісті шеттерінің қолданылу ауқымы таңқаларлықтай зор және хобби платаларынан әлдеқайда асып түседі:

• Сымсыз байланыс модульдері : GSM, Bluetooth, Zigbee және Wi-Fi сигналдары үлкен баспа платаларына балқытылады — бұл тұтынушылық және өнеркәсіптік IoT-те тез, коннекторсыз кеңейтуді мүмкіндік береді.
• Өнеркәсіптік басқару және BMS тісті модульдер көп тақталы батарея басқару жүйелері, реле тақталары мен сенсорлық массивтер үшін масштабталатын PCB дизайнын жеңілдетеді.
• Raspberry Pi және Pico экожүйесі байланыс, дисплей және сенсор тақталары сияқты кіші компьютерлерге арналған қосымшалар тістеулер мен орнату тесіктері арқылы тікелей орнатылады — баспалдақты штифттер қажет емес.
• Прототиптеу және білім беру өнімді әзірлеу немесе сыныптағы жобалар үшін тез ауыстырылатын ішкі тізбектерді қосыңыз.
• Тұтынушы электроникасы жоғары сапалы құрылғыларда тістеулер тізбектер саны азайып, сенімділігі артып, тақтайшалардың өлшемі одан әрі кішірейіп отырады.

Шектеулер, қиындықтар және шешімдер

Тісті тесіктер модульділікті және тез интеграцияны қамтамасыз етсе де, оларға қатысты нақты нюанстар бар:

• Механикалық әлсіздік жартылай тесіктерге ғана негізделген модульдер вибрация немесе қайталанатын кернеуден зақымдануы мүмкін. Шешімі: қосымша беріктік үшін механикалық орнату тесіктерін қолдану немесе PCB шетін пластикалау.
• Дәнекерлеу көпірлері : Ұсақ қадамды PCB модульдерін қолмен дәнекерлеу қиын болуы мүмкін. Шешім: рефлоу пайдаланыңыз және барлық әртүрлі тесіктерде көпірлерді тексеріңіз.
• Жинау дәлдігі : Дұрыс тураланбау қосылыстардың сәтсіз аяқталуына әкелуі мүмкін. Шешім: туралау тесіктерін немесе силингтік нұсқауларды пайдаланыңыз және массалық жинау үшін дұрыс приспособленияларға инвестиция салыңыз.
• Жоғары ток үшін тиімсіз : Ток беру жолдары үшін қалыпты виа немесе толық өтетін тесіктерді пайдаланыңыз, ал сигнал желілері үшін кастеляцияны сақтаңыз.

Кастеляцияланған тесіктер мен стандартты PCB тесіктері

Шығындар, масштаб және саланың даму бағыттары

PCB кестелерінің құрылысы арнайы CNC фрезерлеу мен соңғы өңдеуден туындайтын бірлік бағаның шамалы өсуіне әкелсе де, модульділік, жинау жылдамдығы және негізгі PCB аумағын үнемдеу сияқты артықшылықтары бастапқы шығындардан едәуір асып түседі — әсіресе суб-схемалар массалық түрде шығарылуы мүмкін болғандықтан. Орнату процесі де едәуір қысқарады, себебі орнату тесіктері мен коннекторлар азаяды немесе мүлдем жойылады.

PCB саласында байланыс модульдерінің, тұтынушы электроникасының және IoT құрылғыларының барлау саны кестелерге негізделген «ыңғайлы қосу» өнімдерін тез шығаруға және бағдарламалық немесе аппараттық жасақтаманың нұсқаларын оңай басқаруға сүйенеді. Көптеген PCB пластиналары прототиптеу мен сериялы өндіріс үшін арнайы кестелер қызметін ұсынады, бұл техниканы стартаптар мен кәсіпорын деңгейіндегі топтар үшін қолжетімді етеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР: Кестелерленген Тесіктер және PCB Кестелері

С: Кестелерленген тесіктерді жоғары қуатты сигналдар үшін қолдануға бола ма?

Ж: Төменгі немесе орташа ток үшін кестелік тесіктер жеткілікті; жоғары ток (2A) үшін пайдаланылатын тесіктерге немесе шеті металлмен капталған контактілерге қосымша орнату қажет.

С: Плата құрастыруда кестелік тесіктерді қолдайтын қандай PCB бағдарламасы бар?

Ж: Барлық негізгі EDA/PCB жобалау платформалары (Altium, Eagle, KiCad және т.б.) жартылай металлмен капталған тесіктер мен тақтаның шетін салуға мүмкіндік береді; дәлдікті қамтамасыз ету үшін механикалық қабат суреттерін қолданыңыз.

С: PCB модулін орнату үшін кестелік тесіктерді пайдалану керек пе, әлде шығыс құрылғыларды ма?

Ж: Кеңістік шектеулі болғанда, миниатюризация маңызды болғанда немесе SMT негізіндегі құрастыру желілері үшін кестелік тесіктерді таңдаңыз. Қолмен оңай құрастыру немесе көп рет қосып-ажырату үшін шығыс құрылғыларды қолданыңыз.

С: Модульде қанша тесік болуы керек?

Ж: Тесіктер саны сигналдар мен қуат/жерге тәуелді; сенімділікті қамтамасыз ету үшін әрқашан дұрыс аралықтар мен IPC жобалау нұсқаулықтарын сақтаңыз.

С: Кестелік тесіктердің жобалары тұтынушылық және өнеркәсіптік электроника үшін тиімді ме?

Жоғары сапалы тұтынушылық электроника, өнеркәсіптік басқару жүйелері және сымсыз байланыс модульдері тіпті берік интеграция үшін бекіністердің кестелік шеттерін қолданады.

Қорытынды: Неліктен Кестелік Шет Өзгеріссіз Қалады

Иновациялық байланыстыру технологиясы ретінде PCB-нің кестелік тесіктері беттік орнату конструкциясының компактілігін металмен капталған тесіктердің беріктігімен ұштастырып, инженерлерге жетілген және сенімді, икемді шешім ұсынады. Модульді орнату, функционалды кеңейту және өндіруге ыңғайлы ішкі тізбектерді шығарудағы осы ерекшелік IoT, модульді құрылғылар және тұтынушылық электроникада тез дамуды ынталандыратын мысал болып табылады.