نمای کلی
محصولات الکترونیکی نیازهای بیشتری را بر بردهای مدار چاپی تحمیل میکنند. قطعات روی برد به سرعت در تعداد افزایش مییابند. اندازه قطعات کوچکتر میشود. از بردهای مدار چاپی نیمسوراخ به طور فزایندهای استفاده میشود زیرا لحیمکاری آنها آسان است، فضای کمی از ماژول را اشغال میکنند و از قابلیتهای متعددی پشتیبانی میکنند.
برد مدار چاپی نیمسوراخ چیست؟
یک نیمسوراخ فلزی (یا نیمشکاف) ابتدا ساخته میشود حفاری و فلزکاری یک سوراخ، سپس دوباره سوراخکاری یا فرزکاری برای برش سوراخ به دو نیم. به زبان ساده، این یک سوراخ فلزکاریشده در لبه برد است که به دو نیم بریده شده است. فرآیند سوراخ نیمهفلزکاریشده لبهای به بلوغ رسیده است. در صنعت PCB این روش همچنین “سوراخ تمبر پستی” نامیده میشود. میتوانید لبه سوراخ را مستقیماً به برد اصلی لحیم کنید. این کار از اتصالات و فضا صرفهجویی میکند. اغلب آن را در مدارهای سیگنال میبینید. بیشتر بردهای PCB ماژول از نیمسوراخها استفاده میکنند.
ویژگیهای PCBهای نیمسوراخ آبکاریشده
واحد تکی کوچک است.
لبهٔ واحد دارای ردیفی از نیمسوراخهای آبکاریشده است. این واحد یک زیربرد از یک برد مادر است. نیمسوراخهای آبکاریشده به برد مادر و پایههای قطعات لحیم میشوند.
مزایای فرآیند نیمسوراخ
قدرت پد را افزایش دهید. طراحی نیمسوراخ، پد لبه را بهصورت مکانیکی تقویت میکند. در بردهای مدار چاپی ماژولار، قابلیت لحیمپذیری را بهبود میبخشد. برای کاربردهای با چگالی بالا و لرزش زیاد مناسب است.
چیدمان فضا را بهینهسازی کنید. سوراخهای نیمدور به شما امکان میدهند قطعات را با انعطافپذیری بیشتر قرار دهید و از فضای کمتری استفاده کنید. برای مثال، در یک ماژول وایفای میتوانید لبهٔ سوراخ نیمدور را مستقیماً به برد اصلی لحیم کنید و ضخامت محصول را حدود 60% کاهش دهید. این برای دستگاههای نازک مناسب است.
تولید را ساده کنید. این فرآیند در مراحل اولیه به مراحل اضافی نیاز دارد (برای مثال آبکاری مس و جداسازی دقیق)، اما در کل کارآمدتر از استفاده از کانکتورهای سنتی است. همچنین از خرید کانکتورها جلوگیری میکند.
ظاهر را بهبود بخشید. سوراخهای نیمدایرهای لبهها باعث میشوند برد مدار چاپی تمیزتر به نظر برسد. این نیازهای ظاهری محصولات مدرن را برآورده میکند.
عملکرد سیگنال را بهبود بخشید. در فرکانسهای بالا (برای مثال 5G)، نیمسوراخها میتوانند ظرفیت پارازیتی را کاهش داده و تلفات سیگنال را کم کنند. این امر کارایی انتقال را افزایش میدهد.
دشواریهای پردازش
پس از شکلدهی، PCBهای نیمسوراخ آبکاریشده اغلب در دیوارهٔ مسی سوراخ با مشکلاتی مواجه میشوند. این مشکلات شامل بلند شدن مس، مس تیره، باقیماندهٔ بر و جابهجایی هستند. این مسائل چالشی رایج برای سازندگان PCB در مرحلهٔ شکلدهی محسوب میشوند.
یک ردیف کامل از نیمسوراخهای شبیه تمبر پستی بهویژه سخت است. اندازه سوراخ حدود ۰٫۶ میلیمتر است. فاصله بین دیواره سوراخ حدود ۰٫۴۵ میلیمتر است. فاصله الگوی لایه بیرونی حدود ۲ میلیمتر است. شکافهای کوچک بهخاطر پوستهای بودن مس، ایجاد اتصال کوتاه را آسان میکنند.
روشهای رایج شکلدهی برای PCBهای نیمسوراخ آبکاریشده شامل فرزکاری CNC (راوتر)، پانچ مکانیکی و برش V است. وقتی این روشها بخشهای غیرضروری سوراخهای آبکاریشده را حذف میکنند، اغلب نخهای مسی و زائدههایی روی لبههای برشخورده PTH (سوراخ عبوردهنده آبکاریشده) باقی میگذارند. در موارد شدید، مس دیواره سوراخ ممکن است بلند یا لایهلایه شود. همچنین، در حین شکلدهی، انبساط PCB، دقت موقعیت مته و دقت شکلدهی میتواند باعث شود که اندازه نیمسوراخهای سمت چپ و راست یک واحد مشابه، تفاوت زیادی داشته باشد. این امر لحیمکاری و مونتاژ را برای مشتریان دشوار میکند.
نکات قابل توجه برای فرآیند نیمسوراخ PCB
تمام موقعیتهای سوراخهای نیمسوراخ روی برد مدار چاپی (PCB) که فلزکاری شدهاند، باید پس از تصویربرداری/فلزکاری (یا پس از فلزکاری الگویی) و پیش از حکاکی سوراخ شوند، تا در هر انتهای نیمسوراخ نقاط تقاطع دارای سوراخ متراشخورده باشند.
بخش مهندسی باید جریان MI (دستورالعمل ساخت) را برای فرآیند نیمسوراخ تعیین کند.
برای نیمسوراخهای فلزی که ابتدا با سوراخکاری (یا فرزکاری) ایجاد میشوند، سپس آبکاری الگویی انجام میگیرد و در نهایت پیش از حکاکی یک سوراخکاری دوم صورت میگیرد، بررسی کنید آیا فرزکاری شکل بیرونی مس را نمایان میکند یا خیر. در صورت لزوم نیمسوراخ سوراخشده را به سمت داخل واحد جابهجا کنید.
برای سوراخ سمت راست (سوراخ نیمهحفاریشده):
الف. ابتدا آن را سوراخ کنید، سپس تخته را برگردانید (یا آن را آینهای کنید) و سوراخ سمت چپ را حفر کنید.
ب. این امر باعث کاهش کشش مته روی مس داخل حفره میشود و از هدررفت مس در نیمه حفره جلوگیری میکند.اندازه مته برای نیمسوراخ بستگی به فاصله تا خط دور دارد.
فیلم ماسک لحیم را ترسیم کنید. برای سوراخهای روتشده، نقاط توقف را اضافه کرده و پنجرهها را ۴ میل بزرگتر کنید.
جریان فرآیند
نیمسوراخ سوراخی است که فلزیکاری شده و به دو نیم تقسیم شده است. به نظر ساده میآید چون ممکن است فکر کنید تنها کافی است دور آن را روی یک برد معمولی فرزکاری کنید. در واقع اینطور نیست.
سوراخهای نیمه لبه را با استفاده از مسیر برش دو V شکل فرزکاری کنید.
برای سوراخکاری دوم، در لبه سوراخ شکسته حفرههای راهنما اضافه کنید. برای کاهش پرزها، پوشش مسی را زودتر بردارید. از مته مستقیم به برشدهنده شکاف سوئیچ کنید و سرعت اسپیندل و تغذیه را بهینهسازی کنید.
روی برد آبکاری مس انجام دهید تا دیوارههای سوراخ گرد در لبهٔ برد یک لایه مس داشته باشند.
با لمینیت، نوردهی و ظهور، مدار لایهٔ بیرونی را بسازید. سپس یک بار دیگر آبکاری مس و قلعکاری انجام دهید تا لایهٔ مس روی دیوارههای سوراخ گرد در لبه ضخیمتر شود و با لایهای از قلع پوشانده شود که در برابر حکاکی مقاوم است.
با بریدن نیمدایره از لبه تخته، نیمسوراخ را شکل دهید.
لایهٔ محافظی را که در هنگام لمیناسیون پرس شده بود، بردارید.
برای حذف مس بیرونی نمایانمانده پس از لایهبرداری، برد را حکاکی کنید.
روی برد، لایه قلع را بتراشید تا مسِ دیوار نیمسوراخ نمایان شود.
پس از شکلدهی، از نوار چسب قرمز برای ثابت نگهداشتن بردهای واحد استفاده کنید. آنها را از محلول حک اسیدی قلیایی عبور دهید تا پرزها حذف شوند.
پس از اینکه برد برای بار دوم با مس و سپس با قلع آبکاری شد، سوراخ لبهای دایرهای را به دو نیم تقسیم کنید تا نیمسوراخ ایجاد شود. از آنجا که دیوارهٔ مسی سوراخ با قلع پوشیده شده و کاملاً به لایهٔ رویی مسی متصل است، پیوند قوی است. این کار از بلند شدن یا پوستهشدن مس جلوگیری میکند.
پس از اتمام شکلدهی نیمسوراخ، مقاومت را بردارید و سپس حک کنید. این کار از اکسید شدن سطح مس جلوگیری کرده و از باقیماندن مس یا حتی ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری میکند. این امر بازده بردهای مدار چاپی نیمسوراخ فلزیشده را افزایش میدهد.
سوالات متداول
نیمسوراخ (کاستلهشده) سوراخ آبکاریشدهای است که با ماشینکاری یا فرزکاری تراشیده میشود، بهطوریکه تنها نیمی از سوراخ در لبه برد باقی میماند. این روش یک پد نیمدایرهای آبکاریشده ایجاد میکند که برای لحیمکاری ماژولها یا اتصالات بینبردی استفاده میشود.
در فرایند تولید معمولاً سوراخها را بهطور کامل آبکاری میکنند، سپس لبه برد را پروفایل (میلکاری) میکنند تا نیمی از هر سوراخ آبکاریشده نمایان شود. نتیجه، پد نیمدایرهای آبکاریشده در امتداد لبه است.
کاربردهای رایج: بردهای خروجی ماژول (ماژولهای بلوتوث/وایفای)، اتصالات لحیمکاری بین بردها، سیستمهای ماژولار فشرده و مواردی که نیاز به حذف کانکتورها باشد.
بله — آنها بهطور گسترده برای ماژولهای فشرده و بردهای خروجی با چیدمان ریز استفاده میشوند، اما در طراحی باید اندازه پد، فیلت لحیم و رفتار ریفلو لحیم را در نظر گرفت.
فایلهای Gerber و drill (PTH) را ضمیمه کنید، سوراخهای castellated را بهوضوح در لایه مکانیکی یا در یادداشتها علامتگذاری کنید، پوشش نهایی مورد نظر (مثلاً ENIG) را ارائه دهید و بازخورد DFM کارخانه را درخواست کنید.