Yan Yüzey Kaplama

Yan Kaplama Nedir?

Çoğu zaman PCB sektöründe bahsettiğimiz Yan Kaplama, daha canlı bir adla "kenar bakır kaplama" olarak da bilinir, bazen "Castellation" (kıskaç kenarlı yapı) olarak da adlandırılır. Bunu devre kartının "kenarına" bir kat "bakır ceket" giydirilmiş olarak düşünebilirsiniz - bu bakır kat sadece yüzeyi değil, PCB'nin üst katmanından alt katmanına kadar uzanır ve kenar boyunca tam bir iletken bağlantı bandı oluşturur. Bu bakır katman sadece kenar yüzeyine kaplanmış değildir; aynı zamanda PCB'nin kendisindeki üst ve alt iletken bakır folyolarıyla tamamen bağlantılıdır ve kartın tam kalınlığı boyunca uzanan bir iletken yol oluşturur. Hatta bazı tasarımlarda PCB içinde ayrılmış olan kanalların, kesimlerin ya da bölünmüş alanların kenarları gibi belirli alanların kenarları da bu şekilde metalize edilir ve bu iç kenarlarda da aynı metalizasyon işlemi uygulanarak iletken hale getirilir. Bu işlem sayesinde PCB'nin kenarı, önceleri sadece fiziksel destek sağlayan yalıtkan bir çerçeve iken, artık devre bağlantısına katılabilecek işlevsel bir iletken yapıya dönüşür.

Bu "bakır kaplama" katmanı tamamlandıktan sonra ihtiyaca göre çeşitli yüzey işlemlerine de uygulama yapılabilir. Örneğin ENIG prosesi kullanılarak bakır katmanın üzerine ince bir altın tabaka kaplanarak kenar iletkenliği daha stabil hale getirilir ve oksidasyona karşı direnç artırılır; ya da ENEPIG prosesi kullanılarak altın ve bakır arasına paladyum-nikel geçiş katmanı eklenerek güvenilirlik daha da artırılır; maliyet etkinlik arayanlar içinse hava ile sıcak dengelendirme (HASL) yaygın bir tercihtir. Ergimiş lehimle bakır katmanın üzerinin kaplanması hem bakırı korur hem de sonraki lehimleme süreçlerini kolaylaştırır.

Yan Yüzey Kaplamasının Kullanım Alanları

Baskılı devre (PCB) tasarımı ve üretiminde yan yüzey kaplama genel bir prosesten ziyade özel fonksiyonel gereksinimler için uygulanan hassas bir çözümdür. Bu yöntemin avantajları özellikle aşağıdaki kullanım senaryolarında çok belirgindir:

1. Yüksek frekanslı veya yüksek akımlı ortamlarda iletkenlik iyileştirmesi

Örneğin, RF modüllerinde, kenar bakır kaplama empedansı azaltmaya yardımcı olabilir ve yüksek frekanslı sinyal iletimini daha stabil hale getirebilir.

2. Bağlantı arayüzü olarak kenar tasarım

Örneğin, sensör alt kartı ile ana kartın eşleşmesinde, kenar bakır kaplama doğrudan "açık temas" olarak kullanılabilir; ana kartın kart yuvası tasarımı ile birleştirildiğinde, ekstra konnektörler olmadan sinyal ve güç iletimi tamamlanabilir; bu da yapıyı basitleştirir ve alan tasarrufu sağlar.

3. Mekanik şoka dayanıklılık için güvenilirlik gereksinimleri

Sık sık takılıp çıkarılan veya yanal kuvvetlere maruz kalabilecek PCB'ler için kenar bakır kaplama bir "metal iskelet" gibi kenar dayanıklılığını artırabilir. Substrat ile olan yakın birleşimi sayesinde kenar çatlaması ve soyulma riskini azaltabilir ve özellikle ince PCB'lerin (kalınlık ≤0,8 mm) dayanıklılık iyileştirmesi için uygundur.

4. Yavru kart ile ana kart arasında modüler bağlantı

Modüler tasarımda, yavru kartın ana kart ile hızlı ve stabil şekilde bağlanması gerekir. Yan tavlama, geleneksel pin başlıklarının yerine geçebilir ve kenar kaynaklı lehimleme veya klempleme yoluyla 'tak kullan' özelliğini sağlayabilir. Bu tasarım sadece montajda daha verimli değildir, aynı zamanda gevşemiş pin başlıklarının neden olduğu temas sorunlarını da önler.

5. Kenar kaynaklı lehimleme montaj optimizasyonu

Bir PCB'nin kenarı kaynaklı lehimlenerek sabitlenmesi gerektiğinde (örneğin metal kasa ya da soğutucuya bağlanma gibi), yan tavlama daha güvenilir bir lehimleme temeli sağlayabilir. Düz metal yüzeyi, lehimin eşit şekilde tutunmasını sağlar ve özellikle otomatik lehimleme sırasında soğuk lehim ya da düşmeyi önler; bu da montaj verimliliğini önemli ölçüde artırır.

Yan tavlama için PCB tasarım spesifikasyonları

Kaplamanın kenar üzerindeki etkisi büyük ölçüde tasarım aşamasında detayların kontrolüne bağlıdır. Proses uygunluğunu ve nihai kaliteyi garanti altına almak için metalizasyon alanı, CAD tasarımında "bakır katmanı çakışması" ile net bir şekilde tanımlanmalı ve aşağıdaki temel kurallara kesinlikle uyulmalıdır:

1. Bakır katmanı çakışma genişliği 0,5 mm'den az olmamalıdır

Bu tasarım, elektrokaplama sırasında yüzeyden kenara doğru bakır katmanın sürekli kaplanmasını sağlar ve "kusurları" önler - bir duvar inşa edilirken tuğlaların sağlam durması için birbirleriyle kilitli ve çakışacak şekilde yerleştirilmesi gerektiğinde olduğu gibi, bakır katmanının çakışması kenarın iletkenlik performansı için temel garantidir.

2. Bağlantı katmanı, ≥0,3 mm'lik bir iletken bağlantı için boşluk bırakmalıdır

Bu bakır tel parçası, akımın PCB'nin iç kısmından kenar üzerindeki bakır kaplamaya alanı iletimini sağlamak ve bağlantıların çok dar olmasından kaynaklanan aşırı direnç veya sinyal zayıflamasını önlemek adına telin "uzatma bölümüne" eşdeğerdir.

3. Bağlantısız katman, 0,8 mm'den fazla güvenli mesafeyi korur

Bu tasarım, işlevsel olmayan alandaki bakır katmanının yanlışlıkla kenar bakır kaplamaya bağlanmasını önleyerek kısa devre riskini azaltmak amacıyla yapılmıştır. Aynı zamanda kenar işleme (örneğin kesme ve zımparalama) için işlem alanını koruyarak kenar bakır kaplamanın doğruluğunun bozulmasını engeller.

Kenar üzerine bakır kaplamanın temel avantajları

"Metalize kenar" yapısına sahip bu tasarım, özellikle yüksek uç elektronik cihazlarda PCB performansını ve güvenilirliğini artırmada kenar kaplamanın yerine geçilmez değerini gösterir:

1. Geliştirilmiş elektromanyetik uyumluluk (EMC) performansı

Yüksek frekanslı devrelerde, örneğin RF modülleri ve 5G iletişim ekipmanlarında, kenarda bakır kaplama, çok katmanlı PCB'nin toprak katmanıyla birlikte görünmez bir bariyer oluşturarak dış elektromanyetik girişimi (EMI) engeller ve iç sinyallerin dışarıya olan radyasyonunu azaltır. Bu tasarım, sinyal karışımını önemli ölçüde azaltır ve devrenin karmaşık bir elektromanyetik ortamda stabil çalışmasını sağlar.

2. Etkili bir kalkan bariyeri oluşturun

Hassas devreler için, örneğin tıbbi cihazların sensör modülleri gibi, kenarda bakır kaplama, PCB'nin kenarını "kalkan sınırı"na dönüştürerek iç kalkan tasarımıyla birlikte tam spektrumlu sinyal izolasyon alanı oluşturur. Bu, dışarıdan gelen istenmeyen sinyallerin zorlukla içeri girmesini ve iç kritik sinyallerin dışarı sızmasının engellenmesini sağlar; yüksek hassasiyetli devreler için saf bir çalışma ortamı sunar.

3. Elektriksel koruma için ekstra koruma

Elektronik komponentler statik elektriğe karşı çok hassastır ve kenar üzerindeki bakır kaplama, taşıma ve montaj sırasında biriken statik yüklerin güvenli bir şekilde boşaltılmasını sağlamak için bir "elektrostatik deşarj kanalı" olarak kullanılabilir; bu da komponentlerdeki elektrostatik bozulma riskini azaltır. Bu koruyucu etki, koruma kılıfı olmayan açık kartlar ya da sık sık takılıp çıkarılan modüller için özellikle kritiktir.

4. Bağlantı ve montajın çift güvenilirliğini artırın

Kenar bağlantısının temel taşıyıcısı olarak, kenar üzerindeki bakır kaplama doğrudan lehim temas noktası olarak kullanılabilir ve ayrıca yuva ile birlikte kullanılarak mekanik sabitleme ve elektriksel bağlantı entegrasyonu sağlanabilir. Bu tasarım, montaj sürecini sadeleştirirken aynı zamanda metal-metal sıkı birleşimi sayesinde bağlantının şoka dayanıklılığını ve dayanıklılığını artırarak temas zafiyeti nedeniyle oluşan arızaları azaltır.

Yan bakır kaplama için süreç sınırlamaları ve tasarım dikkat edilecek hususlar

Yan bakır kaplama, PCB performansını önemli ölçüde artırmasına rağmen, üretim sürecinin özelliklerine bağlı olarak bazı sınırlamalara sahiptir. Sürecin uygulanabilirliğini sağlamak için tasarım aşamasında potansiyel risklerin önceden önlenmesi gerekir:

1. Kenar bakır kaplamanın süreksizlik sınırlaması

PCB üretiminde, işleme hassasiyetini sağlamak amacıyla üretim paneline sabitlenmesi gerekir ve bu da yan bakır kaplamanın kenarın tam uzunluğunu kaplamasına engel olur. Bu nedenle, kablolama etiketinin ilgili pozisyonunda boşluk alanı bırakılması gerekmektedir. Bu boşluk, üretim panelinin fikstür tasarımına göre bırakılmalı ve genellikle 2-5 mm aralığında tutulmalıdır.

2. V-Kesim kart ayırma süreci ile uyumluluk sınırlaması

Yan taraftaki bakır kaplamanın metalizasyon işlemi, geçit deliği kaplaması (PTH) işleminden önce tamamlanmalıdır. V-Kesme ile kart ayrımı, oluşan yan taraf bakır tabakasını bozarak kaplamanın çatlamasına veya dökülmesine neden olur. Bu nedenle, yan taraftan bakır kaplı PCB'lerin V-Kesme ile kart ayrımı işleminden kaçınması gerekir. Kartların ayrılmasında gong plaka işlemi kullanılması ve kenar kaplamanın bütünlüğünün korunması önerilir.

3. Yüzey işlemi ve lehim maskesi için özel gereksinimler

Yan taraftaki bakır kaplama alanının yüzey işlemi, daldırma altın veya daldırma gümüş işlemine öncelik verilmelidir. Bu iki işlem, bakır tabakanın yüzeyinde homojen ve yoğun bir koruyucu tabaka oluşturabilir, oksidasyondan korur ve lehimleme performansını etkilemez. HASL gibi diğer işlemler kullanılırsa, kaplama kalınlığının düzensiz olması nedeniyle kenar bağlantı güvenilirliği azalabilir.

Aynı zamanda lehim maskesi tasarımı, kenardaki bakır kaplı alanın metal yüzeyinin doğrudan maruz kalması ve iletken bağlantı sağlanmasını garanti altına almak için "lehim maskesi açılımı" gerektirir. Kararsızlığı önlemek adına tasarım dosyasında açıklayıcı metin notları ekleyerek kenar bakır kaplama kapsamı, yüzey işleme türü ve bağlantı gereksinimlerini belirtmeniz önerilir, böylece işi doğru şekilde uygulayabileceğiz.