DPS s polovičním otvorem: tipy pro návrh a výrobu

Přehled

Elektronické výrobky kladou vyšší nároky na desky s plošnými spoji. Počet součástek na desce rychle roste. Velikost součástek se zmenšuje. Stále častěji se používají desky plošných spojů s polovičními otvory, protože se snadno pájejí, zabírají malou plochu modulu a podporují mnoho funkcí.

Co je plošný spoj s polovičním otvorem

Kovový polodrážka (nebo polodrážka) se nejprve vyrobí tak, že se vrtání a pokovení otvoru, poté opětovné vrtání nebo frézování, aby se otvor rozřízl na polovinu. Jednoduše řečeno, jedná se o metalizovaný otvor na okraji desky rozříznutý na polovinu. Proces metalizované poloviny otvoru na okraji je vyspělý. V odvětví výroby desek plošných spojů se mu také říká “otvor s poštovní známkou”. Hranu otvoru můžete připájet přímo k hlavní desce. Ušetříte tak konektory i místo. Často se s ním setkáte v signálních obvodech. Většina modulových desek plošných spojů používá poloviční otvory.

Charakteristiky pokovených plošných spojů s polovičními otvory

• Jednotka je malá.

• Na okraji jednotky je řada pokovených poloděr. Tato jednotka je dílčí deskou základní desky. Metalizované půldíry se pájejí k základní desce a k vývodům součástek.

Výhody procesu s polovičními otvory

• Zvýšení pevnosti podložky. Konstrukce s polovičním otvorem mechanicky zpevňuje okrajovou podložku. V modulárních deskách plošných spojů zvyšuje spolehlivost pájení. Hodí se pro použití s vysokou hustotou a vysokými vibracemi.

• Optimalizujte uspořádání prostoru. Poloviční otvory umožňují flexibilnější umístění dílů a menší spotřebu místa. Například v modulu Wi-Fi můžete připájet okrajovou poloviční díru přímo k hlavní desce a snížit tloušťku výrobku o přibližně 60%. To se hodí pro tenká zařízení.

• Zjednodušení výroby. Tento proces vyžaduje na začátku další kroky (například pokovení mědí a přesnou singulaci), ale celkově je efektivnější než použití tradičních konektorů. Vyhnete se také nákupu konektorů.

• Zlepšení vzhledu. Polodíry na okrajích dělají desku plošných spojů čistší. To splňuje požadavky na moderní vzhled výrobků.

• Zlepšení výkonu signálu. Ve vysokofrekvenčních případech (například 5G) mohou poloviční otvory snížit parazitní kapacitu a snížit ztráty signálu. To zvyšuje účinnost přenosu.

Potíže se zpracováním

1. Po vytvarování se u pokovených desek plošných spojů s polovičními otvory často objevují problémy s měděnými stěnami otvorů. Patří mezi ně zvedání mědi, tmavá měď, zbytky otřepů a posun. Tyto problémy jsou pro výrobce DPS běžnou výzvou v kroku tváření.

2. Obzvláště těžká je celá řada poloděr připomínajících poštovní známky. Velikost otvoru je přibližně 0,6 mm. Mezera mezi otvorem a stěnou je přibližně 0,45 mm. Rozteč vzorů vnější vrstvy je přibližně 2 mm. Malé mezery usnadňují zkraty kvůli měděné slupce.

3. Mezi běžné metody tváření pokovených desek plošných spojů s polovičními otvory patří CNC frézování (router), mechanické děrování a V-řezání. Když tyto metody odstraní nepotřebné části pokovených otvorů, často zanechají na vyříznutých hranách PTH (pokovených průchozích otvorů) měděná vlákna a otřepy. Ve vážných případech se může měď na stěně otvoru zvednout nebo odloupnout. Rovněž při tváření může vlivem roztažnosti desky plošných spojů, přesnosti polohy vrtání a přesnosti tváření dojít k tomu, že se poloviční otvory na levé a pravé straně téže jednotky velikostně velmi liší. To zákazníkům ztěžuje pájení a montáž.

Body, které je třeba vzít na vědomí pro proces s polovičními otvory pro desky s plošnými spoji

• Všechny pozice otvorů pro pokovené poloviční otvory v desce plošných spojů musí být vyvrtány po zobrazování/plátování (nebo po pokovení vzoru) a před leptáním tak, aby na každém konci polovičního otvoru byl v místech křížení vyvrtán otvor.

1. Konstrukční oddělení by mělo nastavit tok MI (výrobní instrukce) pro proces polovičních děr.

2. U kovových půldírek, které se vytvářejí nejprve vrtáním (nebo frézováním), poté pokovením vzoru a následně druhým vrtáním před leptáním, zvažte, zda frézování vnějšího tvaru neodhalí měď. V případě potřeby přesuňte vyvrtaný půldírek směrem dovnitř jednotky.

3. Pro otvor na pravé straně (vyvrtaná poloviční díra):
   a. Nejprve vyvrtejte otvor, pak desku otočte (nebo ji zrcadlově převraťte) a vyvrtejte otvor na levé straně.
   b. Tím se sníží tah vrtáku za měď v otvoru a zabrání se ztrátám mědi uvnitř polovičního otvoru.

4. Velikost vrtáku pro poloviční otvor závisí na vzdálenosti od obrysové čáry.

5. Nakreslete masku pájky. U frézovaných otvorů přidejte dorazové body a zvětšete okna o 4 milimetry.

Průběh procesu

Polodíra je metalizovaná díra rozříznutá na polovinu. Vypadá to jednoduše, protože si možná myslíte, že stačí vyfrézovat obrys na normální desce. Ve skutečnosti to jednoduché není.

1. Vyfrézujte otvory pro poloviční hrany pomocí dvojité dráhy řezu ve tvaru V.

2. U druhého vrtáku přidejte vodicí otvory na okraji zalomeného otvoru. Včas odstraňte měděnou slupku, abyste omezili otřepy. Přepněte z přímého vrtáku na drážkovací frézu a optimalizujte otáčky a posuv vřetena.

3. Naneste na desku měděné pokovení, aby stěny kulatých otvorů na okraji desky dostaly vrstvu mědi.

4. Laminováním, exponováním a vyvoláním vytvořte obvod vnější vrstvy. Poté proveďte druhé pokovení mědí a cínem, aby měděná vrstva na stěnách kruhových otvorů na okraji zesílila a byla pokryta vrstvou cínu, která odolává leptání.

5. Vytvořte poloviční otvor rozříznutím kulatého otvoru na okraji desky na polovinu.

6. Odstraňte rezistovou fólii, která byla vylisována během laminace.

7. Leptejte desku, abyste odstranili odkrytou vnější měď, která zůstala po odizolování.

8. Odstraňte cín z desky tak, aby byla odkryta měď na stěně polovičního otvoru.

9. Po vytvarování spojte desky červenou páskou. Proveďte jejich leptání alkalickým leptadlem, abyste odstranili otřepy.

10. Po druhém mědění a pocínování desky rozřízněte kulatý okrajový otvor na polovinu, aby vznikla poloviční díra. Protože je měď stěny otvoru pokryta cínem a měď stěny otvoru je plně spojena s mědí vnější vrstvy, je spojení pevné. Řezáním se pak zabrání zvedání nebo odlupování mědi.

11. Po vytvoření poloviční díry odstraňte rezist a poté leptejte. Tím se zabrání oxidaci povrchu mědi a předejde se zbytkům mědi nebo dokonce zkratům. To zvyšuje výtěžnost pokovených desek plošných spojů s polovičními otvory.