PCB med halvt hul: Tips til design og fremstilling

Oversigt

Elektroniske produkter stiller større krav til printpladerne. Antallet af dele på printet vokser hurtigt. Delstørrelserne bliver mindre. Halvhulsprintkort bruges mere og mere, fordi de er nemme at lodde, tager lidt modulareal og understøtter mange funktioner.

Hvad er et PCB med halvt hul?

Et halvt metalhul (eller en halv slids) laves ved først at Boring og metallisere et hul og derefter bore eller fræse igen for at skære hullet midt over. Kort sagt er det et metalliseret hul ved printkanten, der er skåret midt over. Processen med halvmetallicerede huller i kanten er moden. I printkortindustrien kaldes det også et “frimærkehul”. Du kan lodde hulkanten direkte på hovedkortet. Det sparer stik og plads. Man ser det ofte i signalkredsløb. De fleste modul-PCB'er bruger halve huller.

Karakteristik af metalliserede halvhuls-PCB'er

• Den enkelte enhed er lille.

• Enhedens kant har en række metalliserede halve huller. Denne enhed er et subboard af et parent board. De metalliserede halvhuller loddes til moderkortet og til komponentledninger.

Fordele ved halvhulsprocessen

• Øg styrken på puderne. Halvhulsdesignet styrker kantpuden mekanisk. I modulære printkort forbedrer det lodningens pålidelighed. Den passer til anvendelser med høj densitet og høj vibration.

• Optimer pladsinddelingen. Med halve huller kan du placere dele mere fleksibelt og bruge mindre plads. I et Wi-Fi-modul kan du f.eks. lodde det halve hul i kanten direkte på hovedkortet og reducere produkttykkelsen med ca. 60%. Dette passer til tynde enheder.

• Forenkle produktionen. Processen kræver ekstra trin tidligt i forløbet (f.eks. kobberbelægning og præcis singulering), men alt i alt er det mere effektivt end at bruge traditionelle stik. Man undgår også at skulle købe stik.

• Forbedre udseendet. Halve huller i kanten får printkortet til at se renere ud. Dette opfylder moderne behov for produktudseende.

• Forbedre signalets ydeevne. I højfrekvente tilfælde (f.eks. 5G) kan halvhuller sænke den parasitære kapacitans og reducere signaltabet. Det øger transmissionseffektiviteten.

Problemer med behandlingen

1. Efter formning viser metalliserede PCB'er med halve huller ofte problemer med kobberet i hulvæggen. Disse omfatter kobberløft, mørkt kobber, rester af grater og forskydning. Disse problemer er en almindelig udfordring for printkortproducenter i formningstrinnet.

2. En hel række af frimærkelignende halve huller er særlig hård. Hulstørrelsen er ca. 0,6 mm. Afstanden mellem hul og væg er ca. 0,45 mm. Det ydre lags mønsterafstand er ca. 2 mm. De små mellemrum gør det nemt at lave kortslutninger på grund af kobberhuden.

3. Almindelige formningsmetoder til metalliserede PCB'er med halve huller omfatter CNC-fræsning (router), mekanisk stansning og V-cut. Når disse metoder fjerner unødvendige dele af de belagte huller, efterlader de ofte kobbertråde og grater på de udskårne PTH-kanter (plated through hole). I alvorlige tilfælde kan kobberet på hulvæggen løfte sig eller skalle af. Under formningen kan PCB-udvidelse, nøjagtighed i boreposition og formningspræcision også medføre, at de halve huller til venstre og højre for den samme enhed er meget forskellige i størrelse. Det gør det svært for kunderne at lodde og montere.

Værd at vide om PCB-processen med halve huller

• Alle metalliserede PCB-hulpositioner med halve huller skal bores efter billeddannelse/plettering (eller efter mønsterplettering) og før ætsning, så krydsningspunkterne i hver ende af det halve hul har et boret hul.

1. Ingeniørafdelingen skal indstille MI-flowet (produktionsinstruktionen) for halvhulsprocessen.

2. For halvhuller i metal, der er dannet ved først at bore (eller fræse), så mønsterplettering og derefter endnu en boring før ætsning, skal du overveje, om fræsning af den ydre form vil blotlægge kobber. Flyt det borede halve hul ind mod enhedens indre, hvis det er nødvendigt.

3. Til hullet i højre side (boret halvt hul):
   a. Bor det først, vend derefter brættet (eller spejlvend det) og bor hullet i venstre side.
   b. Dette reducerer borekronens træk på hullets kobber og undgår kobbertab inde i det halve hul.

4. Borestørrelsen for det halve hul afhænger af afstanden til konturlinjen.

5. Tegn loddemaskefilmen. For fræsede åbninger skal du tilføje stop-punkter og forstørre vinduer med 4 mil.

Procesforløb

Et halvt hul er et metalliseret hul, der er skåret midt over. Det ser enkelt ud, fordi du måske tror, at du kun behøver at fræse omridset på en normal plade. Men det er faktisk ikke så enkelt.

1. Fræs de halve kanthuller ved hjælp af en dobbelt V-formet skærebane.

2. Til den anden boring tilføjes styrehuller ved den ødelagte hulkant. Fjern kobberhuden tidligt for at reducere grater. Skift fra lige bor til notfræser, og optimer spindelhastighed og fremføring.

3. Påfør kobberbelægning på pladen, så de runde hulvægge ved pladekanten får et lag kobber.

4. Lav det ydre lags kredsløb ved at laminere, eksponere og fremkalde. Lav derefter endnu en kobber- og tinbelægning, så kobberlaget på de runde hulvægge i kanten bliver tykkere og dækket af et tinlag, der er modstandsdygtigt over for ætsning.

5. Form det halve hul ved at skære det runde hul ved pladekanten midt over.

6. Fjern den resistfilm, der blev presset under lamineringen.

7. Æts printet for at fjerne det blottede ydre kobber, der er tilbage efter strippingen.

8. Fjern tin på pladen, så kobberet på væggen med det halve hul er blottet.

9. Brug rød tape til at holde pladerne sammen efter formningen. Før dem gennem alkalisk ætsning for at fjerne grater.

10. Når printet har fået endnu en kobber- og tinbelægning, skæres det runde kanthul midt over for at lave et halvt hul. Fordi kobberet i hulvæggen er dækket af tin, og kobberet i hulvæggen er fuldt forbundet med kobberet i det ydre lag, er bindingen stærk. Ved at skære undgår man, at kobberet løfter sig eller skaller af.

11. Når halvhulsdannelsen er færdig, skal du fjerne resisten og derefter ætse. Det forhindrer oxidering af kobberoverfladen og undgår kobberrester eller endda kortslutninger. Det øger udbyttet for metalliserede halvhuls-PCB'er.