Co jsou zlaté prsty PCB?

Na počítačových paměťových kartách a grafických kartách můžeme vidět řadu vodivých kontaktů zlaté barvy. Lidově se jim říká “zlaté prsty”. V oblasti návrhu a výroby desek plošných spojů se zlaté prsty (nazývané také “zlatý prst” nebo “konektor na hraně”) používají k připojení desky do zásuvky. Zlaté prsty umožňují připojení desky k dalším částem systému.

Zlatý prst funguje tak, že se jeden okraj desky plošných spojů zasune do slotu pro konektor. Kolíky konektoru se na určitých místech dotýkají plošek desky nebo měděných stop. Tím se vytvoří cesta pro vstup a výstup signálů a napájení z desky. Kvůli odolnosti proti opotřebení a dobrému kontaktu jsou plošky nebo měděné stopy na desce pokoveny niklem a zlatem. Protože pokovené plošky vypadají jako prsty, říká se jim zlaté prsty.

Typy zlatých prstů

Podle tvaru

Existují dva běžné tvary. Jeden je rovný. Druhý je zakřivený. Rovné zlaté prsty jsou vhodné pro paměti typu DDR, DDR2, DDR3 a DDR3L. Zakřivené zlaté prsty jsou vhodné pro paměti DDR4 a DDR5.

Podle pozice

Zlaté prsty mohou být na jedné nebo na obou stranách desky plošných spojů. Jednostranné zlaté prsty jsou umístěny pouze na jedné hraně desky. Oboustranné zlaté prsty jsou na obou hranách. Oboustranné typy jsou běžné u zařízení, která používají dvouslotové konektory, například PCI, ISA a AGP.

Podle délky

Zlaté prsty mohou mít v jedné řadě různou délku. Některé kontakty jsou delší a některé kratší. Konstruktéři to dělají proto, aby určitým pinům přiřadili různé funkce nebo priority. Například dlouhé plošky mohou označovat napájecí, zemnicí nebo resetovací piny.

Jaké povrchové úpravy se používají pro PCB se zlatými prsty?

Existuje několik hlavních způsobů povrchové úpravy zlatých prstů.

Galvanicky pokovené nikl-zlato (tvrdé zlato)

Ta může dosahovat tloušťky 3 až 50 mikroinchů. Protože dobře vede vodu, odolává oxidaci a dobře se opotřebovává, používají lidé tvrdé zlato pro zlaté prsty, které se často zapojují a odpojují nebo čelí mechanickému tření. Tvrdé zlato je drahé. Proto se používá pouze pro malé plochy, jako jsou zlaté prsty, nikoliv pro celou desku.

Immersion Gold (ENIG)

Obvyklá tloušťka je přibližně 1 mikrocentimetr a může dosahovat až 3 mikrocentimetrů. Ponorné zlato má dobrou vodivost, rovinnost a pájitelnost. Konstruktéři jej používají pro vysoce přesné desky, které mají klíče, lepené integrované obvody nebo součástky BGA. Pokud zlatý prst nepotřebuje velmi vysokou odolnost proti opotřebení, může se na celou desku použít imerzní zlato. Ponorné zlato stojí mnohem méně než galvanicky pokovené tvrdé zlato. Ponorné zlato vypadá žlutě.

Jaký je proces pokovování desek plošných spojů zlatem?

Průběh tvrdého zlacení zlatých prstů na deskách plošných spojů probíhá takto:

1. Obálka s modrým inkoustem (krycí maska)
   Celý povrch desky plošných spojů zakryjte modrou ochrannou maskou s výjimkou zlatých podložek pod prsty, které je třeba natvrdo pozlatit. Dbejte na to, aby vodivé plochy odpovídaly orientaci desky.

2. Odstranění oxidu z povrchu měděné podložky
   K odstranění oxidové vrstvy z povrchu měděné podložky desky plošných spojů použijte kyselinu sírovou. Poté měděný povrch opláchněte vodou. Poté povrch podložky dále očistíme broušením nebo drhnutím. Poté měděný povrch opláchneme vodou a deionizovanou vodou.

3. Niklová destička na měděném povrchu plošného spoje
   Po vyčištění naneseme proudem na povrch zlaté podložky prstů niklovou vrstvu. Poté opláchneme poniklované podložky vodou a deionizovanou vodou.

4. Zlatá destička na poniklovaných plošných spojích
   Po poniklování naneseme proudem na nikl vrstvu zlata. Nepoužité zlato získáme zpět. Poté opláchneme povrch zlatého prstu nejprve vodou a poté deionizovanou vodou.

5. Odstranění modrého inkoustu
   Nyní je tvrdé zlato na zlatých prstech plošných spojů hotové. Odstraňte modrý inkoust a pokračujte ve zpracování DPS do kroku tisku pájecí masky.

Z výše uvedených kroků vyplývá, že proces výroby zlatého prstu není složitý. Přesto jen několik továren na výrobu desek plošných spojů dokáže provádět proces zlatého prstu ve vlastní režii.

Jak používat PCB Gold Fingers

1. Hranový konektor

Když se dceřiná deska připojuje k hlavní základní desce, zapojuje se do jednoho z několika slotů, jako jsou sloty PCI, ISA nebo AGP. Prostřednictvím těchto slotů přenášejí zlaté prsty signály mezi periferní nebo dceřinou kartou a samotným počítačem.

Zásuvka portu PCI na desce plošných spojů je často plastový kryt, který se otevírá na jedné straně. Na jednom nebo obou koncích delší hrany má kolíky. Konektor může obsahovat klíčovací hrbol nebo zářez, který zajišťuje, že do zásuvky půjde správný typ karty. Šířka zásuvky se volí podle tloušťky desky. Na druhé straně zásuvky se obvykle nachází konektor s izolačním posunem pro páskový kabel. Na druhé straně se může připojit také základní deska nebo dceřiná karta.

2. Speciální adaptéry

Zlaté prsty umožnily osobním počítačům získat mnoho nových funkcí. Vložením dceřiné desky plošných spojů vertikálně do základní desky lze do počítače přidat lepší grafiku nebo vysoce věrný zvuk. Tyto karty se často neodpojují a znovu nezapojují. Zlaté prsty na těchto kartách jsou tedy obvykle odolnější než karty samotné.

3. Externí připojení

Periferní zařízení přidaná k počítačové stanici se mohou připojit k základní desce prostřednictvím zlatých prstů na desce plošných spojů. Zařízení jako reproduktory, subwoofery, skenery, tiskárny a monitory se připojují do slotů v zadní části počítačové věže. Tyto sloty se připojují k deskám plošných spojů, které jsou zase připojeny k základní desce.

Pravidla pro navrhování zlatých prstů na PCB

1. Průchozí otvory by měly být vzdáleny od zlatého prstu. Žádný průchozí nebo pokovený otvor se nesmí nacházet v oblasti kontaktu s hranou.

2. Pro desky, které je třeba často vkládat a vyjímat, používejte tvrdé zlato. Tvrdé zlato zvyšuje odolnost proti opotřebení. Chemické niklové/imerzní zlato je levnější než tvrdé zlato. Ponorné zlato se však hůře opotřebovává.

3. Zlaté prsty potřebují fazety. Běžný úhel je 45 stupňů. Používají se i jiné úhly, například 20 nebo 30 stupňů. Pokud konstrukce vynechá zkosení, může to způsobit problémy při vkládání.

4. Otevřete pájecí masku nad celou oblastí zlatého prstu. Nepoužívejte šablonu pájecí masky pro piny.

5. Minimální vzdálenost od pájecích nebo stříbrných plošek ke špičce prstu je 14 mil. Doporučuje se, aby podložky byly od zlatého prstu vzdáleny alespoň 1 mm, a to i přes podložky.

6. Na povrchu zlatého prstu nenechávejte odkrytou měď. Kontaktní plocha by měla být pokovená.

7. Pod zlatým prstem na vnitřních vrstvách odřízněte měď. Všechny vnitřní vrstvy pod zlatým prstem by měly mít odstraněnou měď. Obvykle je šířka měděné vrstvy 3 mm. Můžete provést půlpalcový nebo celopalcový výřez mědi. U návrhů PCIe některé důkazy ukazují, že měď pod zlatým prstem by měla být zcela odstraněna.

Zlaté prsty mají nižší impedanci než typické signálové stopy. Řezání mědi pod prstem snižuje rozdíl impedance mezi zlatým prstem a sousedními vedeními s řízenou impedancí. To také pomáhá proti ESD.

Rozdíl mezi ponorným zlatem a zlatými prsty

Zjednodušeně řečeno, zlaté prsty jsou mosazné nebo měděné kontaktní části. Ponorné zlato je jedním z typů povrchové úpravy používané na deskách plošných spojů.

Zlato dobře odolává oxidaci. Zlato také dobře vede elektrický proud. U paměťových karet jsou části, které se spojují s paměťovým slotem, potaženy zlatem, aby signály procházely zlatými prsty. Zlaté prsty jsou sadou žlutých vodivých kontaktů. Tyto kontakty jsou na povrchu pokoveny zlatem a uspořádány jako prsty. Proto je jejich název odvozen od jejich vzhledu připomínajícího prsty.

Jednoduše řečeno, zlatý prst je spojovací část paměťové karty, která se dotýká paměťového slotu. Všechny signály procházejí zlatým prstem.

Zlaté prsty jsou vyrobeny z měděné desky. Poté jsou kontaktní plochy speciálním postupem pokoveny vrstvou zlata.

Zjednodušeně řečeno: ponorné zlato (ENIG) je typ povrchové úpravy nanášené na desku. Zlatý prst je část desky, která má signály a vede mezi deskou a paticí.

Na trhu se na zlatý povrch prstů nepoužívá vždy pravé zlato. Zlato je drahé. Mnoho paměťových karet nyní místo zlata používá pocínování. Od 90. let 20. století se cín stal běžným. Dnes většina základních desek, paměťových karet a grafických karet používá cín pro “zlaté prsty”. Pouze některé vysoce výkonné součásti serverů nebo pracovních stanic stále používají zlato pro kontaktní body. Tyto díly stojí mnohem více.

Souhrn

Zlaté prsty jsou krajní kontakty na deskách plošných spojů, které se zapojují do zásuvek. Umožňují připojení desky k ostatním součástkám. Vyrábějí se pokovením plošek desky niklem a zlatem. Existují různé tvary, polohy a délky zlatých prstů pro různá použití. Povrchové úpravy zahrnují tvrdé pozlacení a ponorné pozlacení. Tvrdé zlato je nejlepší pro opotřebení. Ponorné zlato je levnější a stále pájitelné. Konstruktéři musí udržovat podložky a průchodky mimo kontaktní hranu. Musí přidat zkosení a otevřít pájecí masku. Vnitřní měď pod prstem by měla být obvykle odříznuta. Tržní praxe přešla u mnoha spotřebních výrobků z důvodu ceny od pravého zlata k pocínování. Pouze speciální zařízení nebo zařízení na úrovni serverů často stále používají pravé zlato.