انگشتهای طلایی PCB چیست؟
روی مموریهای کامپیوتر و کارتهای گرافیک میتوان ردیفی از تماسهای رسانا با رنگ طلایی را مشاهده کرد. مردم آنها را “انگشتهای طلایی” مینامند. در زمینه طراحی و ساخت بردهای مدار چاپی (PCB)، انگشتهای طلایی (که “Gold Finger” یا “Edge Connector” نیز نامیده میشوند) از یک کانکتور استفاده میکنند تا برد را به یک سوکت متصل کنند. انگشتهای طلایی امکان اتصال برد به سایر اجزای سیستم را فراهم میآورند.
انگشت طلایی با وارد کردن یک لبه از برد مدار چاپی (PCB) به شکاف کانکتور کار میکند. پینهای کانکتور در نقاط مشخصی به پدها یا ردهای مسی برد تماس پیدا میکنند. این کار مسیری برای عبور و مرور سیگنالها و برق به داخل و خارج برد فراهم میکند. برای مقاومت در برابر سایش و تماس خوب، پدها یا ردهای مسی روی برد با نیکل و طلا آبکاری میشوند. چون پدهای آبکاریشده شبیه انگشت هستند، مردم آنها را «انگشت طلایی» مینامند.
انواع گولد فینگرز
بر اساس شکل
دو شکل رایج وجود دارد. یکی مستقیم و دیگری خمیده است. انگشتان طلایی مستقیم برای انواع حافظه مانند DDR، DDR2، DDR3 و DDR3L مناسب هستند. انگشتان طلایی خمیده برای اسلاتهای حافظه DDR4 و DDR5 مناسب هستند.
بر اساس موقعیت
انگشتهای طلایی میتوانند در یک سمت یا هر دو سمت برد مدار چاپی (PCB) قرار گیرند. انگشتهای طلایی یکرو تنها در یک لبه برد قرار میگیرند. انگشتهای طلایی دورو در هر دو لبه ظاهر میشوند. انواع دورو برای دستگاههایی که از کانکتورهای دواسلوت مانند PCI، ISA و AGP استفاده میکنند، رایج هستند.
بر اساس طول
انگشتهای طلایی میتوانند در یک ردیف طولهای متفاوتی داشته باشند. برخی از کنتاکتها بلندتر و برخی کوتاهتر هستند. طراحان این کار را انجام میدهند تا به پینهای خاص عملکردها یا اولویتهای متفاوتی اختصاص دهند. برای مثال، پدهای بلند ممکن است نشاندهنده پینهای تغذیه، زمین یا ریست باشند.
چه عملیات سطحی برای PCBهای Gold Finger استفاده میشود؟
چند روش اصلی برای پوشش سطحی کانکتورهای طلایی وجود دارد.
نیکل-طلای الکتروپلیتشده (طلای سخت)
این میتواند به ضخامتی بین ۳ تا ۵۰ میکرواینچ برسد. از آنجا که رسانایی خوبی دارد، در برابر اکسیداسیون مقاوم است و در برابر سایش دوام میآورد، مردم از طلای سخت برای انگشتان طلایی که اغلب وصل و قطع میشوند یا با اصطکاک مکانیکی مواجه هستند، استفاده میکنند. طلای سخت گران است. بنابراین تنها برای نواحی کوچک مانند انگشتان طلایی به کار میرود، نه برای کل برد.
ایمرژن گلد (ENIG)
ضخامت معمول حدود ۱ میکرواینچ است و میتواند تا ۳ میکرواینچ برسد. طلاکاری غوطهوری دارای رسانایی خوب، صافی و قابلیت لحیمپذیری است. طراحان از آن برای بردهای با دقت بالا که دارای کلیدها، آیسیهای متصل یا قطعات BGA هستند، استفاده میکنند. اگر یک انگشت طلایی نیاز به مقاومت سایشی بسیار بالا نداشته باشد، کل برد میتواند از طلاکاری غوطهوری استفاده کند. هزینه طلاکاری غوطهوری بسیار کمتر از طلاکاری سخت الکتروپلیتشده است. طلاکاری غوطهوری به رنگ زرد است.
فرآیند آبکاری انگشت طلای PCB چیست؟
فرآیند آبکاری سخت طلایی برای انگشتان طلایی PCB به این صورت است:
-
با جوهر آبی بپوشانید (ماسک پوشش)
تمام سطح PCB را با ماسک محافظ آبی بپوشانید، به جز پدهای طلایی که نیاز به طلا سخت دارند. مطمئن شوید نواحی رسانا با جهتگیری برد همراستا هستند.
-
اکسید را از سطح پد مسی حذف کنید.
از اسید سولفوریک برای حذف لایهٔ اکسید از سطح پد مسی روی برد مدار چاپی استفاده کنید. سپس سطح مسی را با آب بشویید. بعد از آن، برای تمیزتر کردن سطح پد، سطح را سنگزنی یا ساب دهید. در ادامه، سطح مسی را با آب و آب مقطر بشویید. -
نیکلکاری صفحه روی سطح مسی پد PCB
پس از تمیزکاری، جریان الکتریکی اعمال میکنیم تا لایهای از نیکل روی سطح پد انگشت طلایی رسوب کند. سپس پدهای نیکلکاریشده را با آب و آب مقطر میشوییم. -
جوشکاری طلا روی پدهای PCB نیکلکاریشده
پس از نیکلکاری، جریان الکتریکی اعمال میکنیم تا لایهای از طلا روی نیکل رسوب کند. طلای مصرفنشده را بازیابی میکنیم. سپس سطح انگشت طلایی را ابتدا با آب و سپس با آب یونزداییشده میشوییم. -
جوهر آبی را پاک کنید
اکنون لایه سخت طلایی روی انگشتان طلایی PCB کامل شده است. جوهر آبی را پاک کنید و به مرحله چاپ ماسک لحیمکاری PCB ادامه دهید.
بر اساس مراحل فوق، فرآیند گلد فینگر پیچیده نیست. با این حال، تنها چند کارخانه PCB قادر به انجام این فرآیند بهصورت داخلی هستند.
نحوه استفاده از انگشتان طلایی PCB
۱. کانکتور لبه
وقتی یک کارت فرعی به مادربورد اصلی متصل میشود، در یکی از چندین شکاف مادری مانند PCI، ISA یا AGP فرو میرود. از طریق این شکافها، انگشتان طلایی سیگنالها را بین کارت فرعی یا کارت جانبی و خود رایانه منتقل میکنند.
سوکت پورت PCI روی یک برد مدار چاپی اغلب یک محفظه پلاستیکی است که از یک سمت باز میشود. این سوکت در یک یا هر دو انتهای لبهٔ بلندتر خود پینهایی دارد. کانکتور ممکن است دارای برجستگی یا شیار کلیدگذاری باشد تا اطمینان حاصل شود نوع کارت صحیح وارد سوکت میشود. عرض سوکت بر اساس ضخامت برد انتخاب میشود. در سمت دیگر سوکت معمولاً یک کانکتور جابجایی عایق برای کابل نواری قرار دارد. مادربورد یا کارت فرعی نیز میتواند از سمت دیگر متصل شود.
۲. آداپتورهای ویژه
پینهای طلایی به رایانههای شخصی امکان افزودن قابلیتهای جدید فراوانی را میدهند. با قرار دادن عمودی یک برد مدار چاپی فرعی روی مادربورد، میتوان گرافیک بهتر یا صدای با کیفیت بالا به رایانه افزود. این کارتها معمولاً زیاد جدا و دوباره وصل نمیشوند. بنابراین پینهای طلایی روی این کارتها معمولاً دوام بیشتری نسبت به خود کارتها دارند.
۳. اتصالات خارجی
لوازم جانبی افزوده شده به یک ایستگاه رایانهای میتوانند از طریق انگشتان طلایی PCB به مادربورد متصل شوند. دستگاههایی مانند بلندگوها، سابووفرها، اسکنرها، چاپگرها و مانیتورها در شکافهای پشت کیس کامپیوتر وصل میشوند. این شکافها به بردهای PCB متصل هستند که آنها نیز به مادربورد وصل شدهاند.
قوانین طراحی انگشت طلایی PCB
-
سوراخهای عبوری آبکاریشده باید از انگشت طلایی دور باشند. هر مسیر یا سوراخ مسی را از ناحیه تماس لبهای دور نگه دارید.
-
برای بردهایی که نیاز به نصب و جداسازی مکرر دارند از طلای سخت استفاده کنید. طلا سخت مقاومت در برابر سایش را افزایش میدهد. نیکل شیمیایی/طلا غوطهوری ارزانتر از طلا سخت است. اما طلا غوطهوری در برابر سایش کمتر دوام میآورد.
-
انگشتان طلایی به پخ نیاز دارند. یک زاویهٔ رایج ۴۵ درجه است. زاویههای دیگری مانند ۲۰ یا ۳۰ درجه نیز استفاده میشوند. اگر طراحی شیار را در نظر نگیرد، ممکن است هنگام قرار دادن مشکلاتی ایجاد شود.
-
ماسک لحیمکاری را روی کل ناحیه انگشت طلایی باز کنید. از شابلون ماسک لحیمکاری برای پینها استفاده نکنید.
-
حداقل فاصله از پدهای لحیم یا نقره تا نوک انگشت ۱۴ میل است. توصیه میشود که پدها حداقل ۱ میلیمتر از ناحیهٔ فینگر طلایی، از جمله پدهای ویای، فاصله داشته باشند.
-
مسِ در معرض هوا را روی سطح انگشت طلایی قرار ندهید. سطح تماس باید آبکاری شود.
-
مس را زیر انگشت طلایی در لایههای داخلی برش دهید. تمام لایههای داخلی زیر پین طلایی باید مسی خود را حذف کنند. معمولاً عرض ناحیه بدون مس ۳ میلیمتر است. میتوانید مسی را بهصورت نیمپین یا تمامپین برش دهید. در طراحیهای PCIe شواهدی وجود دارد که نشان میدهد مس زیر پین طلایی باید بهطور کامل حذف شود.
انگشتهای طلایی امپدانس کمتری نسبت به مسیرهای سیگنال معمولی دارند. بریدن مس زیر انگشت، اختلاف امپدانس بین انگشت طلایی و خطوط مجاور کنترلشده از نظر امپدانس را کاهش میدهد. این کار همچنین در برابر ESD کمک میکند.
تفاوت بین کانکتورهای Immersion Gold و Gold Fingers
بهطور ساده، «انگشتهای طلایی» قطعات تماس برنجی یا مسی هستند. آبکاری طلا نوعی پرداخت سطحی است که روی بردهای مدار چاپی (PCB) استفاده میشود.
طلا در برابر اکسید شدن مقاومت خوبی دارد. طلا همچنین رسانای خوبی برای الکتریسیته است. در مموریاستیکها، قسمتهایی که با شکاف حافظه در ارتباط هستند با طلا آبکاری شدهاند تا سیگنالها از طریق انگشتان طلایی عبور کنند. انگشتان طلایی مجموعهای از تماسهای رسانای زردرنگ هستند. این تماسها روی سطح با طلا آبکاری شده و بهصورت انگشتمانند چیده شدهاند. به همین دلیل نام آنها از ظاهر انگشتمانندشان گرفته شده است.
به زبان ساده، انگشت طلایی قسمت اتصال روی یک حافظه است که با شکاف حافظه تماس پیدا میکند. تمام سیگنالها از طریق انگشت طلایی عبور میکنند.
پینهای طلایی از برد مسیپوش ساخته میشوند. سپس نواحی تماس با فرآیندی ویژه با لایهای از طلا آبکاری میشوند.
بنابراین، بهطور ساده: آبکاری غوطهوری طلایی (ENIG) نوعی پوشش سطحی است که روی برد اعمال میشود. انگشت طلایی بخشی از برد است که سیگنالها را منتقل میکند و بین برد و سوکت ارتباط برقرار میسازد.
در بازار، سطح “انگشتهای طلایی” همیشه از طلا واقعی استفاده نمیشود. طلا گران است. امروزه بسیاری از حافظه ها بهجای طلا از آبکاری قلع استفاده میکنند. از دههٔ ۱۹۹۰ قلع رایج شده است. امروزه بیشتر مادربوردها، حافظهها و کارتهای گرافیک برای «انگشتهای طلایی» از قلع استفاده میکنند. تنها برخی قطعات سرور یا ایستگاه کاری با عملکرد بالا هنوز برای نقاط تماس از طلا استفاده میکنند. این قطعات هزینهٔ بسیار بیشتری دارند.
خلاصه
انگشتهای طلایی، کنتاکتهای لبهای روی بردهای مدار چاپی (PCB) هستند که در سوکتها فرو میروند. آنها به برد اجازه میدهند تا به قطعات دیگر متصل شود. این انگشتها با آبکاری نیکل و طلا روی پدهای برد ساخته میشوند. انگشتهای طلایی برای کاربردهای مختلف، اشکال، موقعیتها و طولهای متفاوتی دارند. پایانکاریهای سطحی شامل آبکاری سخت طلا و آبکاری غوطهوری طلا هستند. آبکاری سخت طلا برای مقاومت در برابر سایش بهترین است. آبکاری غوطهوری طلا ارزانتر است و همچنان قابلیت لحیمپذیری دارد. طراحان باید پدها و ویاسها را از لبه تماس دور نگه دارند. آنها باید لبهگیری (chamfer) انجام دهند و ماسک لحیم را باز کنند. مس داخلی زیر انگشتک معمولاً باید بریده شود. به دلیل هزینه، رویه بازار در بسیاری از محصولات مصرفی از طلا واقعی به آبکاری قلع تغییر کرده است. تنها دستگاههای ویژه یا سطح سرور اغلب هنوز از طلا واقعی استفاده میکنند.
سوالات متداول
دو رویکرد رایج: آبکاری الکتریکی طلای خالص (مقاوم در برابر سایش، مورد استفاده در جاهایی که ورود و خروجهای زیادی صورت میگیرد) و ENIG (نیکل الکتroless غوطهوری طلا — نازکتر، آسانتر برای لحیمکاری اما مقاومت کمتری در برابر سایش دارد). بر اساس تعداد چرخههای نصب و نیازهای لحیمکاری انتخاب کنید.
ضخامت معمول پوشش طلای سخت برای کانکتورهای لبهای بهطور قابلتوجهی بیشتر از ENIG است — دستورالعملهای صنعتی و مشخصات کانکتورها اغلب نیاز به دهها میکرواینچ دارند (بهطور تاریخی ۳۰–۵۰ میکرواینچ یا بیشتر برای سایش شدید)؛ مشخصات کانکتور یا راهنمای IPC مربوط به کلاس کاربرد خود را بررسی کنید.
فاصلهی ایمن از لبهی برد (معمولاً ≥۰٫۵ میلیمتر) را حفظ کنید و از قرار دادن پدهای SMD، سوراخهای آبکاریشده یا سایر قطعات مسی در حدود ۱–۲ میلیمتر از ناحیهی انگشتان خودداری کنید؛ برای محدودیتهای دقیق، برگهی قابلیت سازندهی خود را مراجعه کنید.
فرآیند معمول: تعریف پدهای لبه در چیدمان → آبکاری مس پدها (PTH یا پدهای نمایان) → اعمال لایه نیکل محافظ → آبکاری الکتریکی طلای سخت (یا اعمال ENIG) → پروفایلکاری لبه برد بهگونهای که پدهای آبکاریشده سطح کانکتور را تشکیل دهند. ممکن است برای آبکاری الکتریکی نیاز به طراحی پنل و مرزهای باز در رک/فریم باشد.
بله — بسته به هزینه، روش مونتاژ و نیازهای دوام، از کانکتورهای مدولار (SMT یا کانکتورهای لبهای سوراخگذر)، نیمسوراخهای آبکاریشده/شیارهای دندانهدار یا پدهای پُگو-پین استفاده کنید. برای چرخههای اتصال بالا، انگشتان طلایی معمولاً بهترین گزینه هستند.