Τι είναι τα PCB Gold Fingers;

Στα στικάκια μνήμης υπολογιστών και στις κάρτες γραφικών, μπορούμε να δούμε μια σειρά από αγώγιμες επαφές χρυσού χρώματος. Οι άνθρωποι τις αποκαλούν “χρυσά δάχτυλα”. Στον τομέα του σχεδιασμού και της κατασκευής πλακετών, τα χρυσά δάχτυλα (που ονομάζονται επίσης “Gold Finger” ή “Edge Connector”) χρησιμοποιούν έναν σύνδεσμο για να συνδέσουν την πλακέτα σε μια υποδοχή. Τα χρυσά δάχτυλα επιτρέπουν τη σύνδεση της πλακέτας με άλλα μέρη του συστήματος.

Ένα χρυσό δάχτυλο λειτουργεί εισάγοντας τη μία άκρη της πλακέτας σε μια υποδοχή συνδετήρα. Οι ακίδες του συνδετήρα αγγίζουν τα pads ή τα χάλκινα ίχνη της πλακέτας σε συγκεκριμένα σημεία. Αυτό δημιουργεί μια διαδρομή για τα σήματα και την τροφοδοσία που εισέρχονται και εξέρχονται από την πλακέτα. Για αντοχή στη φθορά και καλή επαφή, τα pads ή ο χαλκός της πλακέτας επιχρύσωνονται με νικέλιο και χρυσό. Επειδή τα επιμεταλλωμένα μαξιλαράκια μοιάζουν με δάχτυλα, οι άνθρωποι τα αποκαλούν χρυσά δάχτυλα.

Τύποι χρυσών δακτύλων

Με σχήμα

Υπάρχουν δύο κοινά σχήματα. Το ένα είναι ευθύγραμμο. Το άλλο είναι καμπύλο. Τα ευθεία χρυσά δάχτυλα ταιριάζουν σε τύπους μνήμης όπως DDR, DDR2, DDR3 και DDR3L. Τα καμπυλωτά χρυσά δάχτυλα ταιριάζουν στα στικάκια μνήμης DDR4 και DDR5.

Ανά θέση

Τα χρυσά δάχτυλα μπορούν να βρίσκονται στη μία ή και στις δύο πλευρές της πλακέτας. Τα μονόπλευρα χρυσά δάχτυλα κάθονται μόνο στη μία άκρη της πλακέτας. Τα χρυσά δάχτυλα διπλής όψης εμφανίζονται και στις δύο άκρες. Οι τύποι διπλής όψης είναι συνηθισμένοι για συσκευές που χρησιμοποιούν συνδέσμους διπλής υποδοχής, όπως PCI, ISA και AGP.

Κατά μήκος

Τα χρυσά δάχτυλα μπορούν να έχουν μικτά μήκη σε μια σειρά. Ορισμένες επαφές είναι μακρύτερες και άλλες κοντύτερες. Οι σχεδιαστές το κάνουν αυτό για να δώσουν διαφορετικές λειτουργίες ή προτεραιότητες σε ορισμένες ακίδες. Για παράδειγμα, τα μακριά μαξιλαράκια μπορεί να σηματοδοτούν ακροδέκτες τροφοδοσίας, γείωσης ή επαναφοράς.

Ποιες επιφανειακές επεξεργασίες χρησιμοποιούνται για τα Gold Finger PCBs;

Υπάρχουν μερικές κύριες επεξεργασίες επιφάνειας για τα χρυσά δάχτυλα.

Επιμεταλλωμένο νικέλιο-χρυσό (σκληρός χρυσός)

Αυτό μπορεί να φτάσει σε πάχος 3 έως 50 μικροιντσών. Επειδή είναι καλά αγώγιμος, αντιστέκεται στην οξείδωση και φθείρεται καλά, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν σκληρό χρυσό για χρυσά δάχτυλα που βγαίνουν και βγαίνουν συχνά από την πρίζα ή αντιμετωπίζουν μηχανική τριβή. Ο σκληρός χρυσός είναι ακριβός. Έτσι χρησιμοποιείται μόνο για μικρές περιοχές όπως τα χρυσά δάχτυλα και όχι για ολόκληρη την πλακέτα.

Χρυσή εμβάπτιση (ENIG)

Το τυπικό πάχος είναι περίπου 1 μικροίντσα και μπορεί να φτάσει μέχρι και τις 3 μικροίντσες. Ο χρυσός εμβάπτισης έχει καλή αγωγιμότητα, επιπεδότητα και συγκολλησιμότητα. Οι σχεδιαστές το χρησιμοποιούν για πλακέτες υψηλής ακρίβειας που έχουν πλήκτρα, επικολλημένα ολοκληρωμένα κυκλώματα ή εξαρτήματα BGA. Εάν ένα χρυσό δάχτυλο δεν χρειάζεται πολύ υψηλή αντοχή στη φθορά, ολόκληρη η πλακέτα μπορεί να χρησιμοποιήσει χρυσό εμβάπτισης. Ο χρυσός εμβάπτισης κοστίζει πολύ λιγότερο από τον ηλεκτρολυτικό σκληρό χρυσό. Ο χρυσός εμβάπτισης φαίνεται κίτρινος.

Ποια είναι η διαδικασία επιμετάλλωσης χρυσού δακτύλου PCB;

Η ροή του σκληρού επιχρύσωσης για τα χρυσά δάχτυλα PCB έχει ως εξής:

1. Εξώφυλλο με μπλε μελάνι (μάσκα εξώφυλλου)
   Καλύψτε ολόκληρη την επιφάνεια της πλακέτας με μπλε προστατευτική μάσκα εκτός από τα χρυσά δακτυλικά επιθέματα που χρειάζονται σκληρό χρυσό. Βεβαιωθείτε ότι οι αγώγιμες περιοχές ευθυγραμμίζονται με τον προσανατολισμό της πλακέτας.

2. Αφαιρέστε το οξείδιο από την επιφάνεια του χαλκού
   Χρησιμοποιήστε θειικό οξύ για να αφαιρέσετε το στρώμα οξειδίου από την επιφάνεια του χαλκού της πλακέτας PCB. Στη συνέχεια ξεπλύνετε την επιφάνεια του χαλκού με νερό. Μετά από αυτό, αλέθουμε ή τρίβουμε για να καθαρίσουμε περαιτέρω την επιφάνεια του pad. Στη συνέχεια, ξεπλένουμε την επιφάνεια του χαλκού με νερό και απιονισμένο νερό.

3. Πλάκα νικελίου στην επιφάνεια χαλκού PCB pad
   Μετά τον καθαρισμό, εφαρμόζουμε ρεύμα για να δημιουργήσουμε ένα στρώμα νικελίου στην επιφάνεια του χρυσού δακτυλίου. Στη συνέχεια ξεπλένουμε τα επινικελωμένα μαξιλάρια με νερό και απιονισμένο νερό.

4. Χρυσή επίστρωση στα επινικελωμένα μαξιλαράκια PCB
   Μετά την επιμετάλλωση νικελίου, εφαρμόζουμε ρεύμα για να επιμεταλλώσουμε ένα στρώμα χρυσού πάνω από το νικέλιο. Ανακτούμε τον αχρησιμοποίητο χρυσό. Στη συνέχεια ξεπλένουμε την επιφάνεια του χρυσού δακτύλου πρώτα με νερό και στη συνέχεια με απιονισμένο νερό.

5. Αφαιρέστε το μπλε μελάνι
   Τώρα ο σκληρός χρυσός στα χρυσά δάχτυλα της πλακέτας έχει τελειώσει. Αφαιρέστε το μπλε μελάνι και συνεχίστε την επεξεργασία της πλακέτας PCB στο στάδιο εκτύπωσης της μάσκας συγκόλλησης.

Από τα παραπάνω βήματα, η διαδικασία του χρυσού δακτύλου δεν είναι πολύπλοκη. Παρόλα αυτά, μόνο λίγα εργοστάσια PCB μπορούν να εκτελέσουν τη διαδικασία gold finger στο εσωτερικό τους.

Πώς να χρησιμοποιήσετε τα PCB Gold Fingers

1. Σύνδεσμος άκρων

Όταν μια θυγατρική πλακέτα συνδέεται σε μια κύρια μητρική πλακέτα, συνδέεται σε μια από τις διάφορες θηλυκές υποδοχές, όπως υποδοχές PCI, ISA ή AGP. Μέσω αυτών των υποδοχών, τα χρυσά δάχτυλα μεταφέρουν σήματα μεταξύ της περιφερειακής ή της θυγατρικής κάρτας και του ίδιου του υπολογιστή.

Μια υποδοχή θύρας PCI σε μια πλακέτα PCB είναι συχνά ένα πλαστικό περίβλημα που ανοίγει από τη μία πλευρά. Διαθέτει ακίδες σε ένα ή και στα δύο άκρα της μακρύτερης άκρης. Ο σύνδεσμος μπορεί να περιλαμβάνει ένα χτύπημα ή μια εγκοπή για να βεβαιωθείτε ότι ο σωστός τύπος κάρτας μπαίνει στην υποδοχή. Το πλάτος της υποδοχής επιλέγεται με βάση το πάχος της πλακέτας. Στην άλλη πλευρά της υποδοχής, συνήθως υπάρχει ένας σύνδεσμος μετατόπισης της μόνωσης για ένα καλώδιο κορδέλας. Η μητρική κάρτα ή η θυγατρική κάρτα μπορεί επίσης να συνδεθεί στην άλλη πλευρά.

2. Ειδικοί προσαρμογείς

Τα χρυσά δάχτυλα επέτρεψαν στους προσωπικούς υπολογιστές να αποκτήσουν πολλές νέες λειτουργίες. Με την εισαγωγή μιας θυγατρικής πλακέτας κάθετα στη μητρική πλακέτα, ο υπολογιστής μπορεί να προσθέσει καλύτερα γραφικά ή ήχο υψηλής πιστότητας. Αυτές οι κάρτες δεν αποσυνδέονται και δεν επανασυνδέονται συχνά. Έτσι, τα χρυσά δάχτυλα σε αυτές τις κάρτες είναι συνήθως πιο ανθεκτικά από τις ίδιες τις κάρτες.

3. Εξωτερικές συνδέσεις

Τα περιφερειακά που προστίθενται σε ένα σταθμό υπολογιστή μπορούν να συνδεθούν με τη μητρική πλακέτα μέσω των χρυσών δακτύλων της πλακέτας. Συσκευές όπως ηχεία, subwoofer, σαρωτές, εκτυπωτές και οθόνες συνδέονται σε υποδοχές στο πίσω μέρος ενός πύργου υπολογιστή. Αυτές οι υποδοχές συνδέονται με τα δάχτυλα PCB που με τη σειρά τους συνδέονται με τη μητρική πλακέτα.

Κανόνες σχεδιασμού χρυσού δακτύλου PCB

1. Οι επιμεταλλωμένες διαμπερείς οπές πρέπει να βρίσκονται μακριά από το χρυσό δάκτυλο. Κρατήστε κάθε διάμεσο ή επιμεταλλωμένη οπή μακριά από την περιοχή επαφής της ακμής.

2. Χρησιμοποιήστε σκληρό χρυσό για πλακέτες που χρειάζονται συχνή τοποθέτηση και αφαίρεση. Ο σκληρός χρυσός αυξάνει την αντοχή στη φθορά. Το χημικό νικέλιο/χρυσός εμβάπτισης είναι φθηνότερο από τον σκληρό χρυσό. Αλλά ο χρυσός εμβάπτισης φθείρεται λιγότερο καλά.

3. Τα χρυσά δάχτυλα χρειάζονται λοξότμηση. Μια συνηθισμένη γωνία είναι οι 45 μοίρες. Χρησιμοποιούνται και άλλες γωνίες όπως 20 ή 30 μοίρες. Εάν ο σχεδιασμός παραλείπει την λοξότμηση, μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά την εισαγωγή.

4. Ανοίξτε τη μάσκα συγκόλλησης σε όλη την περιοχή του χρυσού δακτύλου. Μην χρησιμοποιείτε στένσιλ μάσκας συγκόλλησης για τους ακροδέκτες.

5. Η ελάχιστη απόσταση από τα μαξιλαράκια συγκόλλησης ή τα ασημένια μαξιλαράκια μέχρι το άκρο του δακτύλου είναι 14 mil. Συνιστάται να κρατάτε τα μαξιλαράκια σε απόσταση τουλάχιστον 1 mm από την περιοχή του χρυσού δακτύλου, συμπεριλαμβανομένων των μαξιλαριών μέσω των μαξιλαριών.

6. Μην αφήνετε εκτεθειμένο χαλκό στην επιφάνεια του χρυσού δακτύλου. Η επιφάνεια επαφής πρέπει να είναι επιμεταλλωμένη.

7. Κόψτε το χαλκό κάτω από το χρυσό δάχτυλο στα εσωτερικά στρώματα. Όλα τα εσωτερικά στρώματα κάτω από το χρυσό δάχτυλο πρέπει να έχουν αφαιρεθεί από χαλκό. Συνήθως το πλάτος του χαλκού είναι 3 mm. Μπορείτε να κάνετε αποκοπή χαλκού με μισό ή ολόκληρο δάχτυλο. Σε σχέδια PCIe, ορισμένα στοιχεία δείχνουν ότι ο χαλκός κάτω από το χρυσό δάκτυλο πρέπει να αφαιρεθεί πλήρως.

Τα χρυσά δάχτυλα έχουν χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση από τα τυπικά ίχνη σήματος. Η κοπή του χαλκού κάτω από το δάκτυλο μειώνει τη διαφορά σύνθετης αντίστασης μεταξύ του χρυσού δακτύλου και των παρακείμενων γραμμών με ελεγχόμενη σύνθετη αντίσταση. Αυτό βοηθά επίσης στην αντιμετώπιση των ηλεκτρολυτικών εκκενώσεων.

Διαφορά μεταξύ χρυσού εμβάπτισης και χρυσών δακτύλων

Με απλά λόγια, τα χρυσά δάχτυλα είναι τα κομμάτια επαφής από ορείχαλκο ή χαλκό. Ο χρυσός βύθισης είναι ένας τύπος επιφανειακού φινιρίσματος που χρησιμοποιείται στις πλακέτες PCB.

Ο χρυσός αντιστέκεται καλά στην οξείδωση. Ο χρυσός άγει επίσης καλά τον ηλεκτρισμό. Στα στικ μνήμης, τα μέρη που ταιριάζουν με την υποδοχή μνήμης είναι επιχρυσωμένα με χρυσό, ώστε τα σήματα να περνούν μέσα από τα χρυσά δάχτυλα. Τα χρυσά δάχτυλα είναι ένα σύνολο κίτρινων αγώγιμων επαφών. Αυτές οι επαφές είναι επιχρυσωμένες με χρυσό στην επιφάνεια και τοποθετημένες σαν δάχτυλα. Γι' αυτό και το όνομά τους προέρχεται από την εμφάνισή τους που μοιάζει με δάχτυλο.

Με απλά λόγια, το χρυσό δάχτυλο είναι το τμήμα σύνδεσης του στικ μνήμης που συναντά την υποδοχή μνήμης. Όλα τα σήματα περνούν μέσα από το χρυσό δάχτυλο.

Τα χρυσά δάχτυλα κατασκευάζονται από την πλακέτα με επένδυση χαλκού. Στη συνέχεια, οι περιοχές επαφής επικαλύπτονται με ένα στρώμα χρυσού με ειδική διαδικασία.

Έτσι, με απλά λόγια: ο χρυσός εμβάπτισης (ENIG) είναι ένας τύπος επιφανειακού φινιρίσματος που εφαρμόζεται στην πλακέτα. Ο χρυσός δάκτυλος είναι το τμήμα της πλακέτας που έχει σήματα και οδηγεί μεταξύ της πλακέτας και της υποδοχής.

Στην αγορά, η χρυσή επιφάνεια των δακτύλων δεν χρησιμοποιεί πάντα πραγματικό χρυσό. Ο χρυσός είναι δαπανηρός. Πολλά στικάκια μνήμης χρησιμοποιούν πλέον επιμετάλλωση κασσίτερου αντί για χρυσό. Από τη δεκαετία του 1990, ο κασσίτερος έχει γίνει κοινός. Σήμερα, οι περισσότερες μητρικές κάρτες, τα στικάκια μνήμης και οι κάρτες γραφικών χρησιμοποιούν κασσίτερο για τα “χρυσά δάχτυλα”. Μόνο ορισμένα εξαρτήματα διακομιστών ή σταθμών εργασίας υψηλών επιδόσεων εξακολουθούν να χρησιμοποιούν χρυσό για τα σημεία επαφής. Αυτά τα εξαρτήματα κοστίζουν πολύ περισσότερο.

Περίληψη

Τα χρυσά δάχτυλα είναι οι ακραίες επαφές στις πλακέτες PCB που συνδέονται σε υποδοχές. Επιτρέπουν τη σύνδεση της πλακέτας με άλλα εξαρτήματα. Κατασκευάζονται με επιμετάλλωση των μαξιλαριών της πλακέτας με νικέλιο και χρυσό. Υπάρχουν διαφορετικά σχήματα, θέσεις και μήκη χρυσών δακτύλων για διάφορες χρήσεις. Τα επιφανειακά φινιρίσματα περιλαμβάνουν τη σκληρή επιχρύσωση και τη χρυσή εμβάπτιση. Ο σκληρός χρυσός είναι καλύτερος για φθορά. Ο χρυσός εμβάπτισης είναι φθηνότερος και εξακολουθεί να είναι κολλητός. Οι σχεδιαστές πρέπει να κρατούν τα pads και τα vias μακριά από την άκρη της επαφής. Πρέπει να προσθέτουν λοξοτμήσεις και να ανοίγουν τη μάσκα συγκόλλησης. Ο εσωτερικός χαλκός κάτω από το δάχτυλο πρέπει συνήθως να κόβεται. Η πρακτική της αγοράς μετακινήθηκε από τον πραγματικό χρυσό στην επιμετάλλωση κασσίτερου σε πολλά καταναλωτικά προϊόντα λόγω κόστους. Μόνο οι ειδικές συσκευές ή οι συσκευές επιπέδου διακομιστή συχνά εξακολουθούν να χρησιμοποιούν πραγματικό χρυσό.