نحوه استفاده از پد بصورت Castle hole در PCB با آلتیوم دیزاینر

سلام خدمت همه شما مایکروالکامی ها. در مطلب قبلی از نکات طراحی PCB  به نکات کلیدی طراحی PCB برای خودرو پرداخته شد. در این مطلب به نحوه استفاده از پد بصورت Castle Hole یا Castellated در آلتیوم دیزاینر (Altium Designer) پرداخته خواهد شد. پس با من تا انتهای مطلب همراه باشید. همچنین شما میتونید سایر مطالب من رو از این لینک مطالعه و بررسی کنید.

---

پد های Castle Hole

استفاده از این پد ها یک روش در طراحی PCB برای دستیابی به راندمان بهتر جهت نصب ماژول ها برروی برد های دیگر می‌باشد. با استفاده از این روش می‌توان چندین برد را براحتی با یکدیگر در یک PCB ادغام کرد. بعنوان مثال می‌توان ماژول های کاربردی نظیر WiFi و یا بلوتوث را از نمونه های این روش استفاده از پد ها دانست.

بطور کلی برد هایی که دارای پد هایی در اطراف آنها بصورت سوراخ های نصفه می‌باشند به پد های Castel یا Castellated Pin معروف هستند. از این پد ها برای اتصال برد و یا ماژول مورد نظر به برد و PCB اصلی استفاده می‌کنند. این روش بطور چشمگیری باعث کاهش سایز کلی برد با عدم استفاده از پین هدر و امثال آن خواهد شد.

---

نحوه ایجاد Castellated Pin در PCB

پد های Cstel شده با سوراخ کاری پد ها در اطراف و لبه PCB ایجاد می‌شوند. پس از فرآیند سوراخ کاری، تولید کننده ها نیاز به برش سوراخ ها در حاشیه لبه ها داشته تا آن را به دو قسمت تقسیم کرده و یک پد به آن متصل نمایند. این سوراخ های نصف و نیمه را می‌توان بعنوان پد تلقی کرده و از آن برای نصب PCB برروی برد یا PCB دیگر استفاده کرد. به فرآیند ایجاد سوراخ ها، آبکاری لبه یا جانبی گفته می‌شود. برای ایجاد اتصالات محکم تر می‌توان از نکات زیر بهره برد.

• از عدم وجود فاصله بین دو برد (برد اصلی و برد مورد مونتاژ) اطمینان حاصل نمایید. حتی فاصله کم بین آنها در روند لحیم کاری اثر سوء خواهد داشت.
• هنگام ساخت PCB از اینکه ضخامت PCB بالایی به میزان 1/3 برد دیگر (پایینی) است اطمینان حاصل نمایید. این کار به تراز بودن و مونتاژ بهتر کمک شایانی خواهد کرد.
• پین های Castellated باید با پد های SMD استفاده شده در PCBدیگر برای آنها مطابقت داشته باشد.

دلیل استفاده از پد Castellated Holes

بهره گیری از این دست پد در PCB باعث بهبود کارایی و طراحی می‌شود. به برخی از مزایای این روش در زیر اشاره شده است.

• مونتاژ سریع و مقرون به صرفه: استفاده از پد ها با سوراخ های نصفه باعث تسریع در امر مونتاژ شده و هزینه کلی را کاهش می‌دهد.
• کنترل بهتر حرارت: سیستم های پیچیده مانند دستگاه های هوافضا و مخابراتی دارای قطعاتی هستند که حرارت بالایی تولید می‌کنند که باعث افزایش حرارت و دمای برد خواهد شد. از همین رو PCB های Castellated قابلیت تبادل حرارتی بهتری نسبت به سایر PCB ها از خود نشان می‌دهند.
• بهبود یکپارچگی سیگنال: فلزی کردن لبه های برد و PCB از تاثیر EMI روی لایه های داخلی برد جلوگیری کرده و خطر آسیب الکترواستاتیک برروی مدار را کاهش می‌دهد.
• استفاده بعنوان برد توسعه: از PCB های Castellated می‌تواند بعنوان یک برد توسعه برای فضای خاص برروی یک PCB بزرگ استفاده کرد. این کار ساخت مدار های نمونه و آزمایشی را تسهیل می‌بخشد.

---

طراحی و ساخت PCB با پد های Castellated در آلتیوم دیزاینر

• مرکز حفره (سوراخ) پد های Castellated را دقیقا در لبه های برد قرار دهید.
• همیشه Cstellated پد ها را در لبه های بالا یا پایین PCB قرار دهید.
• از اینکه سولدر مسک مناسب استفاده می‌کنید اطمینان حاصل نمایید. اینکار از برد شما در مقابل صدمات آسیب های فیزیکی جلوگیری به عمل می‌آورد.
• قطره سوراخ کاری پد را بین 0.5 تا 0.8 میلیمتر (مطابق با فاصله a در تصویر زیر) تنظیم نمایید.

• اندازه پد های Castellated را مطابق توضیحات زیر انجام دهید:
  • قطر پد = اندازه نهایی سوراخ + 0.7mm (مثال: اگر اندازه نهایی سوراخ پد 0.8mm باشد قطر پد 1.5mm خواهد بود.)
  • حداقل قطر سوراخ کاری برای سوراخ های نصفه معادل 0.5mm می‌باشد.
  • می‌توان حداقل درصد خطا فاصله مجاز یا clearance (فاصله c در تصویر فوق) به اندازه 0.1mm باشد.
  • پل های سولدر مسک بین 0.1 تا 0.15mm باشد.
  • پد ها را با فاصله 2.54mm (فاصله b در تصویر فوق) از یکدیگر قرار دهید.

---

آبکاری لبه، یک تکنیک برای متالیزه کردن پد های Castellated

آبکاری لبه یک روش برای متالیزه کردن پد یا پین های Castellated می‌باشد. در اینجا مس در امتداد دیواره سوراخ های نصف شده رسوب می‌کند.

• همپوشانی از لبه PCB باید حداقل 0.5mm باشد.
• حداقل 0.3mm از مس های متصل شده باید در لایه متصل شده باشد.
• این فاصه بین سوراخ و مس روی لایه خارجی متصل نشده باید حداقل 0.8mm باشد.

تلورانس پد های Castellated

مطابق با استاندارد IPC-6012 تلورانس برای Castellated hole در زیر آمده است.

مشخصه	درصد خطا
اندازه پد	±20%
اندازه Castellated hole	±3mils
ضخامت برد	10% یا 3mils± که هر کدام بزرگتر باشد (ضخامت باید بزرگتر یا مساوی 31mils باشد)
قطر مته (سوراخ کاری)	±3mils
سوراخ کاری تا مس	حداقل 8mils
سوراخ تا سوراخ	6mils

 

---

ایجاد پد های Castellated در PCB با استفاده از آلتیوم دیزاینر

در این بخش به نحوه ایجاد پد های Castellated در PCB مثلا با سوراخ 0.7mm، فاصله پد تا پد 2.54mm و قطر پد 1.5mm خواهیم پرداخت. برای اینکار مراحل زیر را دنبال کنید.

مراحل ساخت Castellated Pad

• برروی Pad از نوار ابزار بالا کلیک کرده و یک پد را با قطر 1.5mm ایجاد و در محیط PCB قرار دهید.

• پد اضافه شده را انتخاب کنید و مقادیر زیر را در تنظیمات آن لحاظ کنید.
  • Hole Size: 0.8mm
  • Tolerance: 0.076mm
  • Layer: MultiLayer
  • X-size: 1.5mm
  • Y-size: 1.5mm

• حال از ابزار موجود، Line را انتخاب کرده و پهنای ترک را مثلا 0.15mm تنظیم نمایید. سپس از وسط سوراخ پد به اندازه مناسب و مورد نیاز خود مانند تصویر زیر شکل را کامل کنید.

• در زیر منوی Place گزینه Arc(Edge) را انتخاب کرده و یک منحنی همانند تصویر بصورت نیم دایره روی پد بکشید.

• حال ساختار اصلی پد (منحنی نیم دایره و خطوط دور پد) را انتخاب کرده و از منوی Tools و زیر منوی Convert گزینه Creat Region from Selected Primitives را انتخاب نمایید.

• برای تنظیم و مدیریت لایه موارد انتخاب شده در PCB، برروی محدوده انتخابی دو بار کلیک کرده و موارد زیر را مدیریت نمایید.
  • Top Layer
  • Bottom Layer
  • Top Paste
  • Bottom Paste
  • Top Solder
  • Bottom Solder

• پس انجام مرحله قبلی حال نوبت به استفاده از پد های Castellated ایجاد شده می‌باشد. از منوی بالا گزینه Setup Paste Array را انتخاب کنید. در پنجره باز شده از شما تعداد مورد نظر را می‌خواهد. برای وارد کردن آن از گزینه Item Count می‌توان استفاده کرد. همچنین مطابق با توضیحات بالا فاصله پد تا پد را نیز 2.54mm در قسمت Y-Spacing تنظیم می‌نماییم.

• مطابق با تصویر زیر پد های Castellated ایجاد می‌شود. برای تنظیم تراز کردن آنها به منوی Edit رفته و از زیر منوی Set Reference گزینه center را انتخاب نمایید.

• حال خطوط مربوط به مونتاژ (رنگ زرد) و تنظیم پهنای آن را معادل 0.15mm انجام می‌دهیم. در اینجا کار تمام شده و پد مورد نظر را ساخته ایم.

---

نتیجه گیری

در این مطلب به معرفی و کاربرد پد های بصورت Castellated در PCB و برد های الکترونیکی پرداخته شد. کاربرد های مناسب و راحتی مونتاژ PCB و ماژول بر رروی برد اصلی دلیلی بر استفاده عمده از این نوع پد ها می‌باشد. همچنین یکی از روش های ساخت و ایجاد Castellated Pad در آلتیوم دیزاینر معرفی شد.