Bočné plátovanie

Čo sú bočné potahy?

Bočné pokovovanie, o ktorom často hovoríme v priemysle plošných spojov, má výstižnejší názov „okrajové pokovovanie medi“, niekedy sa tiež nazýva „Castellation“. Môžete si to predstaviť ako nanášanie vrstvy „mediálneho plášťa“ na „bočnú“ stranu dosky plošných spojov – táto vrstva medi nie je len povrchovou úpravou, ale siaha od vrchnej vrstvy dosky plošných spojov až po spodnú vrstvu a vytvára pozdĺž okraja spojité vodivé spojenie. Táto vrstva medi nie je jednoducho nanesená na povrch okraja, ale je úplne prepojená s vrchnou a spodnou vodivou mediálne fóliou samotnej dosky plošných spojov, čím vznikne vodivá cesta prechádzajúca celou hrúbkou dosky. Dokonca aj v niektorých konštrukciách sa okraje konkrétnych oblastí vo vnútri dosky pokovujú rovnakým spôsobom, napríklad okraje drážok, rezných plôch alebo oddelených oblastí vyhradených vo vnútri dosky plošných spojov budú rovnako pokovované, aby sa tieto vnútorné okraje stali vodivými. Táto úprava dokáže transformovať okraj dosky plošných spojov z izolačného rámika, ktorý pôvodne slúžil len ako fyzická podpora, na funkčnú vodivú štruktúru, ktorá môže byť zapojená do elektrického obvodu.

Po dokončení tejto vrstvy „copper coat“ je možné vykonať rôzne povrchové úpravy v závislosti od potrieb. Napríklad pri použití procesu ENIG sa na vrstvu medi nanáša tenká vrstva zlata, čím sa dosiahne stabilnejšia vodivosť okrajov a vyššia odolnosť proti oxidácii; alebo pri použití procesu ENEPIG sa medzi zlato a meď pridá prechodová vrstva z palladia a niklu, čo ďalej zvyšuje spoľahlivosť; ak sa snažíte o nákladovú efektívnosť, je tiež bežnou voľbou proces hot air leveling (HASL). Potrhnutie vrstvy medi roztavenou pájkou nielen chráni meď, ale aj uľahčuje následné spájkovanie.

Scenáre použitia bočného pokovovania

Pri návrhu a výrobe dosiek plošných spojov nie je bočné pokovovanie všeobecným procesom, ale presným riešením pre špecifické funkčné požiadavky. V nasledujúcich scenároch sú jeho výhody mimoriadne významné:

1. Zosilnenie vodivosti v prípade vysokých frekvencií alebo vysokých prúdov

Napríklad v RF moduloch bočné pozinkovanie medi môže pomôcť znížiť impedanciu a urobiť prenos vysokofrekvenčného signálu stabilnejší.

2. Návrh okraja ako pripájacie rozhranie

Napríklad pri pripojení senzorovej dosky a hlavnej dosky, bočné pozinkovanie medi môže byť priamo použité ako „exponovaný kontakt“. V kombinácii s konštrukciou pripájacieho slotu na hlavnej doske môže byť prenos signálu a energie dokončený bez dodatočných konektorov, čo zjednodušuje konštrukciu a ušetrí miesto.

3. Požiadavky na spoľahlivosť pri odolnosti proti mechanickému nárazu

Pre dosky plošných spojov (PCB), ktoré sa často zasúvajú alebo môžu byť vystavené bočným silám, bočné pozinkovanie medi môže posilniť okraj ako „kovová kostra“. Jej tesné spojenie s podkladom môže znížiť riziko prasknutia okrajov a odlupovania a je obzvlášť vhodná na zvýšenie odolnosti tenkých dosiek plošných spojov (hrúbka ≤0,8 mm).

4. Modulárne pripojenie medzi rozširujúcou a hlavnou doskou

Pri modulárnom dizajne je potrebné pripojiť vývodnicu k základnej doske čo najrýchlejšie a stabilnejšie. Bočné pokovovanie môže nahradiť tradičné kolíkové konektory a dosiahnuť funkciu „plug and play“ prostredníctvom pájky hrany alebo upnutia. Tento dizajn nie je len efektívnejší pri montáži, ale zároveň sa vyhýba zlému kontaktu spôsobenému uvoľnenými kolíkovými konektormi.

5. Optimalizácia montáže pomocou pájky hrany

Ak je potrebné zvárať a upevniť okraj dosky plošných spojov (napr. pripojenie k kovovej skrinke alebo chladiču), bočné pokovovanie môže poskytnúť spoľahlivejšiu základňu na pájku. Jeho rovná kovová plocha zabezpečuje rovnomerné priľnutie cínu a zamedzuje vzniku studeného zvarenia alebo odlúpenia, čo je obzvlášť výhodné pri automatickej pájke, kde výrazne zvyšuje výťažok pri montáži.

Špecifikácie pre návrh dosky plošných spojov s pokovovaním bokov

Účinok medenej vrstvy na boku závisí v veľkej miere od dôkladného spracovania detailov v návrhovej fáze. Aby sme zabezpečili technologickú realizovateľnosť a konečnú kvalitu, musí byť metalizovaná plocha jasne definovaná prostredníctvom "prekryvu medenej vrstvy" v CAD návrhu a musia byť prísne dodržané nasledujúce základné pravidlá:

1. Šírka prekrytu medenej vrstvy nie je menšia ako 0,5 mm

Tento návrh zabezpečí spojité pokrytie medenej vrstvy od povrchu po bok počas elektrolytického pokovovania a zabráni vzniku "chyb" - podobne ako tehly musia byť pri stavbe steny posunuté a prekryté, aby boli stabilné, prekryv medenej vrstvy predstavuje základnú záruku vodivých vlastností boku.

2. Vrstva prepojenia musí mať rezervované vodivé prepojenie ≥0,3 mm

Táto časť medeného vodiča je ekvivalentná "predĺženému úseku vodiča", čo zabezpečuje hladký prenos prúdu zvnútra dosky plošných spojov (PCB) na medenú vrstvu na boku, čím sa predchádza nadmernému odporu alebo útlmu signálu spôsobenému príliš úzkym prepojením.

3. Nehodnotená vrstva udržiava bezpečnú vzdialenosť viac ako 0,8 mm

Tento dizajn zabezpečuje, aby sa medená vrstva v nefunkčnej oblasti omylom nepripojila k medenej vrstve na boku a tým sa predišlo riziku skratu. Zároveň rezervuje pracovný priestor pre spracovanie okrajov (napr. rezanie a brúsenie), aby sa neovplyvnila presnosť medenej vrstvy na boku.

Kľúčové výhody medenej vrstvy na boku

Vďaka svojej jedinečnej štruktúre "metalizovaného okraja" má boková metalizácia nezameniteľnú hodnotu pri zvyšovaní výkonu a spoľahlivosti dosiek plošných spojov (PCB), najmä v prípade vysokorozmerných elektronických zariadení:

1. Vylepšená elektromagnetická kompatibilita (EMC)

Vo vysokofrekvenčných obvodoch, ako sú RF moduly a zariadenia pre 5G komunikáciu, môže meďové pokovovanie na boku vytvoriť neviditeľnú bariéru spolu s uzemňovacou vrstvou viacvrstvovej dosky plošných spojov (PCB) na blokovanie vonkajšieho elektromagnetického rušenia (EMI) a zníženie vonkajšieho žiarenia vnútorných signálov. Táto konštrukcia môže výrazne znížiť vzájomné prekážanie signálov (crosstalk) a udržať stabilný chod obvodu v zložitom elektromagnetickom prostredí.

2. Vytvorte efektívnu ochrannú bariéru

Pre citlivé obvody, ako sú senzorové moduly lekárskych prístrojov, môže meďové pokovovanie na boku transformovať okraj dosky PCB na „ochrannú hranicu“ a spolu s vnútorným návrhom ochrany vytvoriť priestor pre úplné izolovanie signálov. To znamená, že vonkajšie rušivé signály sa ťažko dostanú dnu a vnútorné kľúčové signály neuniknú, čím sa pre vysokopresné obvody vytvorí čisté pracovné prostredie.

3. Dodatočná ochrana pred elektrostatickým výbojom

Elektronické súčiastky sú mimoriadne citlivé na statickú elektrinu a pozinkovanie na boku možno použiť ako "cestu pre odvodnenie elektrostatického výboja" na usmernenie bezpečného odvodenia nahromadených statických nábojov počas prepravy a montáže, čím sa zníži riziko elektrostatického poškodenia súčiastok. Tento ochranný účinok je obzvlášť dôležitý pre dosky bez ochranného puzdra alebo moduly, ktoré sa často pripájajú a odpájajú.

4. Zvýšenie dvojitej spoľahlivosti pripojenia a montáže

Ako kľúčový nosný prvok okrajového pripojenia možno pozinkovanie na boku použiť priamo ako bod elektrického kontaktu s pájkou, a zároveň ho možno použiť v kombinácii so zástrčkou na dosiahnutie integrácie mechanického upevnenia a elektrického pripojenia. Táto konštrukcia nielenže zjednodušuje montážny proces, ale aj prostredníctvom tesného kovovo-kovovej kombinácie zvyšuje odolnosť proti nárazom a trvanlivosť pripojenia, čím sa znížia poruchy spôsobené nedostatočným kontaktom.

Obmedzenia procesu a konštrukčné zohľadnenia pre pozinkovanie okrajov dosky

Hoci pozinkovanie okrajov dosky môže výrazne zlepšiť výkon dosky plošných spojov, je obmedzené vlastnosťami výrobného procesu. Potenciálne riziká je potrebné predísť už v štádiu návrhu, aby sa zabezpečila výrobná uskutočniteľnosť:

1. Obmedzenie spojitosti pozinkovania okrajov

Pri výrobe dosky plošných spojov musí byť doska upevnená na výrobnom paneli, aby sa zabezpečila presnosť spracovania, čo má za následok, že pozinkovanie okrajov nemôže pokrývať celú dĺžku okraja. To vyžaduje vyhradiť medzeru na príslušnej pozícii vodiča. Táto medzera musí byť navrhnutá podľa konštrukcie upínacieho zariadenia výrobného panela, pričom jej šírka je zvyčajne v rozsahu 2–5 mm.

2. Obmedzenie kompatibility s procesom oddeľovania dosiek pomocou V-drážky

Metalizáciu bočnej medenej vrstvy je potrebné dokončiť pred procesom elektrolytického pokovovania otvorov (PTH), a separácia dosiek pomocou V-Cut poškodí vytvorenú medenú vrstvu na bokoch, čo môže spôsobiť prasknutie alebo odlúpenie pokovu. Preto je potrebné u dosiek s bočným medeným pokovom vyhnúť sa separácii V-Cut. Odporúča sa použiť proces separácie pomocou gong dosky, aby sa zachovala integrita okrajového pokovu.

3. Špeciálne požiadavky na povrchovú úpravu a lútkovú masku

Pri povrchovej úprave medenej plochy na bokoch sa má uprednostniť chemické zlato alebo chemické striebro. Tieto dve technológie dokážu vytvoriť rovnomernú a hustú ochrannú vrstvu na povrchu medenej vrstvy, čím sa zabráni oxidácii a neovplyvní sa kvalita spájkovania. Ak sa použijú iné metódy povrchovej úpravy, napríklad HASL, spoľahlivosť okrajového pripojenia môže byť kvôli nerovnomernej hrúbke pokovu znížená.

Súčasne návrh lútovacej masky vyžaduje „lútovaciu výrezy“ v oblastiach pozinkovaných medi na boku, aby bol kovový povrch priamo vystavený a bol dosiahnutý vodivý spoj. Aby sa predišlo nejednoznačnosti, odporúča sa do návrhového súboru pridať jasné písomné poznámky, ktoré určia rozsah pozinkovania medi na boku, druh povrchovej úpravy a požiadavky na pripojenie, aby sme mohli presne vykonať.