Бічне покриття

Що таке Сайдплейтинг?

Бокове металізування, про яке часто йдеться в індустрії друкованих плат, має більш наочну назву – «мідне покриття краю», іноді його також називають «кастеляція». Можна уявити це як шар «мідного одягу» на «боку» друкованої плати – цей шар міді не просто покриває поверхню, а простягається від верхнього шару плати до нижнього, формуючи повністю провідну з'єднувальну смугу вздовж краю. Цей шар міді не просто нанесений на краєву поверхню, він повністю з'єднаний з верхніми та нижніми провідними мідними фольгами самої плати, створюючи провідний шлях, який проходить через усю товщину плати. Навіть у деяких конструкціях краї певних внутрішніх ділянок плати також металізуються таким чином, наприклад, краї пазів, вирізів або зон розділення, передбачених всередині плати, також обробляються тим самим способом металізації, щоб зробити ці внутрішні краї провідними. Така обробка може перетворити край друкованої плати з ізольованої рамки, яка спочатку виконувала лише функцію фізичної підтримки, на функціональну провідну структуру, яка може брати участь у з'єднанні електричного кола.

Після завершення цього шару «мідного покриття» можна виконати різноманітні обробки поверхні залежно від потреб. Наприклад, використовуючи процес ENIG, тонкий шар золота наноситься на шар міді, щоб зробити провідність на краях стабільнішою, а стійкість до окиснення — сильнішою; або використовуючи процес ENEPIG, між золотом і міддю додається шар паладієво-нікелевого перехідного шару, щоб ще більше підвищити надійність; якщо ви прагнете до економії, то вирівнювання гарячим повітрям (HASL) також є поширеним вибором. Покриття мідного шару розплавленим припоєм не тільки захищає мідь, але й полегшує подальше зварювання.

Сценарії застосування бічного гальванопокриття

У проектуванні та виробництві друкованих плат бічне гальванопокриття не є загальним процесом, а точним рішенням для конкретних функціональних вимог. Його переваги є особливо суттєвими в таких сценаріях:

1. Підвищення провідності в умовах високої частоти або високого струму

Наприклад, у радіочастотних модулях, бокове мідне покриття може допомогти зменшити імпеданс і зробити передачу високочастотного сигналу більш стабільною.

2. Конструкція краю як інтерфейсу підключення

Наприклад, для підключення дочірньої плати сенсора до материнської плати, бокове мідне покриття може бути використане безпосередньо як «відкритий контакт». У поєднанні з конструкторським рішенням материнської плати це дозволяє здійснити передачу сигналу та живлення без додаткових з'єднувачів, що спрощує конструкцію та економить місце.

3. Вимоги до надійності при стійкості до механічних ударів

Для друкованих плат, які часто підключаються або можуть зазнавати бічних зусиль, бокове мідне покриття може посилити край мов «металевий каркас». Його щільне зчеплення з основою може зменшити ризик тріщин і розшарування на краях, що особливо актуально для підвищення міцності тонких друкованих плат (товщина ≤0,8 мм).

4. Модульне підключення між дочірньою та материнською платами

У модульному дизайні дочірню плату потрібно швидко та стабільно підключати до материнської плати. Мідне покриття з боків може замінити традиційні штифтові заголовки і досягти функції "plug and play" шляхом паювання по краю або затискування. Цей дизайн не лише підвищує ефективність складання, але й усуває проблему поганого контакту, спричиненого розхитаними штифтовими заголовками.

5. Оптимізація складання шляхом паювання по краю

Коли край друкованої плати (PCB) потрібно спаяти і зафіксувати (наприклад, під'єднати до металевого корпусу або радіатора), бічне мідне покриття може забезпечити більш надійну основу для паювання. Його рівна металева поверхня гарантує рівномірне прилипання припою і усуває ризик холодного паювання або відриву, особливо під час автоматичного паювання, що суттєво підвищує вихід придатних виробів під час складання.

Специфікації проектування друкованих плат щодо мідного покриття з боків

Ефект міднення на боці значною мірою залежить від дотримання деталей на етапі проектування. Для забезпечення технологічної можливості та остаточної якості, область металізації має бути чітко визначена за допомогою "перекриття мідних шарів" у проектуванні CAD, і необхідно суворо дотримуватися наступних основних правил:

1. Ширина перекриття мідних шарів має бути не менше 0,5 мм

Таке проектування забезпечить безперервне покриття мідного шару від поверхні до боку під час електрохімічного покриття, уникнувши "вад" - як цеглу для стабільності потрібно зміщувати та перекривати під час будівництва стіни, перекриття мідних шарів є основною гарантією електропровідних властивостей боку.

2. Шар з'єднання має забезпечувати провідне з'єднання ≥0,3 мм

Ця частина мідного дроту еквівалентна "розширенню ділянки дроту", що забезпечує плавну передачу струму з внутрішньої частини друкованої плати до мідного покриття на бічній стороні, усуваючи надмірний опір або загасання сигналу через занадто вузьке з'єднання.

3. Непідключенний шар зберігає безпечну відстань більше 0,8 мм

Таке проектування запобігає помилковому з'єднанню мідного шару в неробочій зоні з бічним мідним покриттям, щоб уникнути ризику короткого замикання. У той же час, воно залишає місце для обробки країв (наприклад, різання та шліфування), забезпечуючи незмінність точності бічного мідного покриття.

Основні переваги мідного покриття на бічній стороні

Завдяки унікальній конструкції "металізованого краю", бічне покриття демонструє неперевершене значення для підвищення продуктивності та надійності друкованих плат, особливо в сучасних електронних пристроях:

1. Покращені показники електромагнітної сумісності (EMC)

У високочастотних колах, таких як RF-модулі та обладнання для 5G-зв'язку, мідне покриття на стороні може утворювати невидимий бар'єр із шаром заземлення багатошарової друкованої плати, щоб блокувати зовнішні електромагнітні завади (ЕМІ) і зменшити зовнішнє випромінювання внутрішніх сигналів. Такий дизайн значно зменшує вплив наведених сигналів (crosstalk) і забезпечує стабільну роботу схеми в складному електромагнітному середовищі.

2. Створення ефективного екрануючого бар'єру

Для чутливих кіл, таких як сенсорні модулі медичних приладів, мідне покриття на стороні може перетворити край друкованої плати на «межу екранування» та разом із внутрішнім екранувальним дизайном створити простір повної ізоляції сигналів. Це означає, що зовнішні паразитні сигнали важче проникають, а внутрішні ключові сигнали не так легко виходять назовні, забезпечуючи чисте робоче середовище для високоточних кіл.

3. Додатковий захист від електростатичного розряду

Електронні компоненти надзвичайно чутливі до статичної електрики, а мідне покриття на стороні може використовуватися як «канал розряду електростатичного розряду» для спрямування безпечного виведення накопичених статичних зарядів під час транспортування та збирання, зменшуючи ризик електростатичного пробою компонентів. Цей захисний ефект є особливо важливим для плат без захисного корпусу або модулів, які часто підключають та від’єднують.

4. Підвищення подвійної надійності з'єднання та монтажу

Як основний носій крайового з'єднання, мідне покриття на стороні може безпосередньо використовуватися як контактна точка для паяння, а також може використовуватися разом із роз’ємом для досягнення інтеграції механічного кріплення та електричного з'єднання. Такий дизайн не лише спрощує процес збирання, але й підвищує стійкість з'єднання до вібрацій і тривалість його служби за рахунок щільного з'єднання металу з металом, зменшуючи відмови, викликані поганим контактом.

Обмеження процесу та конструктивні особливості щодо бічного мідного покриття

Хоча бічне мідне покриття може суттєво покращити роботу друкованої плати, його обмежують характеристики виробничого процесу. Потенційні ризики потрібно уникати ще на етапі проектування, щоб забезпечити можливість виготовлення:

1. Обмеження щодо безперервності крайового мідного покриття

Під час виготовлення друкованої плати її потрібно закріпити на виробничій панелі, щоб забезпечити точність обробки, через це крайове мідне покриття не може повністю покривати край. Це вимагає передбачення зазору в відповідному місці трасування. Ширину цього зазору потрібно визначати згідно з конструкцією кріплення виробничої панелі, зазвичай вона становить 2-5 мм.

2. Обмеження щодо сумісності з процесом розділення плат за технологією V-Cut

Обробку металізації бічного мідного шару необхідно завершити до процесу електрохімічного металізування отворів (PTH), а процес розділення плат за допомогою V-Cut зруйнує сформований бічний мідний шар, що призведе до тріщин або відриву покриття. Тому для плат із бічним мідним шаром слід уникати розділення за допомогою V-Cut. Рекомендується використовувати процес розділення за допомогою штампування (gong plate), щоб забезпечити цілісність краю покриття.

3. Особливі вимоги до обробки поверхні та нанесення лаку

Для обробки поверхні ділянок з мідним покриттям на краях слід в першу чергу використовувати хімічне золочення або хімічне сріблення. Ці два процеси можуть утворити рівномірний і щільний захисний шар на поверхні мідного шару, що запобігає окисленню і не впливає на якість паяння. Якщо використовуються інші способи обробки, такі як HASL, надійність крайових з'єднань може знизитися через нерівномірну товщину покриття.

Одночасно, дизайн solder mask потребує "solder mask opening" для ділянки з мідним покриттям на боці, щоб забезпечити пряме відкриття металевої поверхні для досягнення провідного з'єднання. Щоб уникнути неоднозначності, рекомендується додати чіткі текстові пояснення у файл проекту, щоб вказати межі мідного покриття на боці, тип обробки поверхні та вимоги щодо з'єднання, щоб ми могли точно виконати завдання.