Mekanika Tepian Bersih: Panduan untuk Castellations yang Terpercaya

Perbedaan antara modul fungsional dan prototipe yang dibuang seringkali bergantung pada tepi mikroskopis dari papan sirkuit. Ketika pengiriman papan anak tiba, langkah inspeksi pertama seharusnya bukan tes kontinuitas; melainkan pemeriksaan visual di bawah lup 30x. Jika pelapis tepi terlihat seperti digigit oleh hewan tumpul, papan sudah dikompromikan. Sebuah “burr” dalam konteks ini bukan sekadar kosmetik. Itu adalah bahaya struktural—serpihan tembaga, sobek dari substrat, menunggu untuk menjembatani dua pad atau terangkat sepenuhnya selama reflow.

Mode kegagalan ini jarang disebabkan oleh “keberuntungan buruk” atau “batch buruk” dari laminasi. Hampir selalu, ini adalah kegagalan dalam geometri dan instruksi. Perancang sering menganggap bahwa menempatkan via pada garis besar papan di alat CAD mereka—baik itu Altium, KiCad, atau Eagle—cukup untuk menghasilkan kastelasi. Tetapi tidak. Meskipun layar CAD menunjukkan setengah lingkaran yang sempurna, kenyataan di pabrik melibatkan ujung router baja berkecepatan tinggi yang memberikan torsi besar pada lapisan tipis tembaga yang sedikit menempel pada anyaman fiberglass. Jika tembaga itu tidak terkunci secara mekanis, atau jika bit router memasuki dari sudut yang salah, pelapis akan robek.

Tearing ini menyebabkan jembatan solder selama perakitan. Jika tepi kasar, pasta solder memiliki wick untuk bergerak sepanjangnya, menghubungkan pad yang berdekatan yang dimaksudkan tetap terisolasi. Mengatasi potongan mekanis menyelesaikan hubungan pendek listrik.

Fisika Tear

Untuk merancang kastelasi yang kokoh, Anda harus membayangkan jalur alat. Sebuah bit router PCB standar—sering berdiameter 2.0mm atau 2.4mm—berputar sekitar 40.000 RPM. Saat bergerak sepanjang tepi panel untuk memotong papan, ia menebang melalui komposit epoksi, serat kaca, dan tembaga. Arah rotasi sangat penting.

Jika bit router berputar searah jarum jam dan jalur alat bergerak sedemikian rupa sehingga tepi pemotongan menyentuh laminasi sebelum tembaga, bahan penopang mendukung foil. Pemotong memotong tembaga melawan dinding padat FR-4. Namun, jika jalurnya dibalik, atau jika bit memasuki kastelasi dari “dalam” lubang yang mendorong ke luar, tidak ada penopang di belakang pelapis. Bit menangkap bibir dan menariknya. Karena kekuatan perekat tembaga foil ke FR-4 terbatas (biasanya sekitar 1.4 N/mm untuk bahan standar), gaya rotasi dengan mudah melebihi kekuatan ikatan. Hasilnya adalah pad yang terangkat berkibar di angin, atau burr yang ditekan ke sisi papan.

Penanganan khusus ini adalah alasan mengapa pabrik manufaktur mengenakan biaya “tambahan kastelasi”. Mereka tidak merogoh uang demi itu; mereka sering menjalankan rutinitas CNC yang sepenuhnya terpisah. Daripada potongan profil yang berkelanjutan dan standar, mereka harus menggunakan urutan “pencelupan dan pemotongan” atau strategi masuk/keluar tertentu untuk setiap lubang agar bit selalu mendorong tembaga ke papan, bukan lepas dari itu. Jika penawaran kembali tanpa biaya tambahan tersebut, waspadalah. Biasanya ini berarti mereka berniat menjalankan proses profil standar, dan hasilnya akan menjadi berantakan.

Imperatif Anchor

Mengandalkan hanya pada ikatan kimia dari foil tembaga adalah taruhan yang tidak seharusnya diambil oleh insinyur profesional. Lapisan perekat antara tembaga dan dielektrik adalah tautan terlemah dalam tumpukan. Untuk mencegah pengangkatan pad, desain harus memperkenalkan kunci mekanis—sebuah jangkar.

Metode paling efektif memanfaatkan struktur vertikal dari PCB itu sendiri. Pad castellation tidak hanya harus berbahan tembaga atas dan bawah; harus dikaitkan bersama dengan via khusus. Dengan menempatkan satu atau dua via kecil (0.3mm adalah ukuran bor mekanis standar) di dekat tepi dalam pad—secara efektif “di belakang” garis potong—lapisan atas dan bawah direkatkan melalui inti. Bahkan jika bit router memberikan cukup kekuatan untuk mendelaminasi tepi pad, sobekan tidak dapat merambat melewati via jangkar ini. Tembaga dikunci secara mekanis ke struktur dalam.

Via jangkar ini memiliki dua fungsi. Selama reflow sekunder—ketika modul disolder ke papan utama—tekanan panas pada pad tepi sangat besar. Tanpa jangkar, ketidakcocokan ekspansi termal dapat menyebabkan pad mengambang atau terkelupas, terutama jika dilakukan rework penyolderan tangan. Via jangkar bertindak sebagai penyerap panas sekaligus paku rem. Meskipun beberapa desain dengan kepadatan ultra tinggi mungkin kesulitan menempatkan jangkar ini, mengabaikannya membuka kemungkinan kegagalan lapangan. Jika pad terangkat, tidak ada perbaikan; modul tersebut jadi limbah.

Finishing Permukaan sebagai Variabel Kesenasan

Geometri potongan adalah separuh dari perjuangan; topografi pad adalah sisanya. Ketika sebuah modul ditempatkan di atas papan pembawa, harus benar-benar datar. Setiap deviasi menjadikan modul seperti ayunan, yang menyebabkan sambungan terbuka di satu sisi dan pasta yang remuk di sisi lainnya.

Hot Air Solder Leveling (HASL) secara fundamental tidak cocok untuk tepi castellation. Proses HASL melibatkan pencelupan panel ke dalam solder cair dan menghembuskannya dengan pisau udara panas. Pada lubang setengah potong, ini cenderung meninggalkan gumpalan solder yang besar dan tidak rata di tepi. Ketika router datang kemudian untuk memotong papan, gumpalan timah timbal (atau paduan bebas timbal) yang lunak itu menodai dan sobek berbeda dari tembaga yang lebih keras. Yang lebih penting, ini menciptakan permukaan yang tidak datar.

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) adalah standar wajib untuk aplikasi ini. Lapisan penghalang nikel memberikan permukaan yang lebih keras yang memotong lebih bersih daripada solder lunak, dan emas imersi memastikan permukaan yang benar-benar datar dan koplanar untuk proses SMT. Meskipun HASL lebih murah, tingkat penolakan karena ketidakdatapan dan kerusakan router membulatkan penghematan secara instan.

Mengkomunikasikan Niat: Firewall Catatan Fab

Kesalahan paling umum dalam desain castellation adalah keheningan. Jika file Gerber berisi outline papan yang melewati baris lubang pelapisan, tetapi catatan fabrikasi tidak mengatakan apa-apa, insinyur CAM di pabrik harus menebak. Di toko tingkat tinggi Volume tinggi, skrip otomatis mungkin menandainya. Di toko prototipe dengan proses cepat, operator mungkin menganggap itu kesalahan atau, lebih buruk lagi, hanya menjalankan rutinitas profil standar.

Catatan khusus pada lapisan fabrikasi adalah satu-satunya firewall terhadap ini. Harus eksplisit. Catatan standar mungkin berbunyi: “Pelapisan tepi (castellations) yang hadir di J1 dan J2. Penjual harus menggunakan jalur masuk/keluar router yang sesuai untuk mencegah pembengkokan dan pengangkatan tembaga. Kriteria penerimaan IPC-6012 Kelas 3 berlaku untuk kondisi pelapisan tepi.” Ini memaksa insinyur CAM untuk mengakui fitur tersebut, memindahkan tanggung jawab dari kelalaian desainer ke proses pabrik.

Castellation ‘Penipu’

Ada mitos yang terus-menerus beredar, sering kali di kalangan penggemar, bahwa seseorang dapat membuat castellations hanya dengan menempatkan satu baris via di garis besar papan dan menyembunyikan informasi tersebut dari pabrik untuk menghindari biaya tambahan. Ini adalah pendekatan “penipu”, dan secara mekanis tidak sehat.

Ketika jalur router standar memotong melalui via standar tanpa mempertimbangkan masuk/keluar khusus, dinding pelapisan hampir pasti akan runtuh atau robek. Integritas struktural lubang bermandikan lapisan bergantung pada bentuk silinder yang berkelanjutan. Setelah Anda memotong silinder tersebut menjadi setengah tanpa langkah pencegahan, setengah silinder yang tersisa kehilangan kekuatan cincin. Tanpa langkah proses khusus untuk mendukung dinding yang tersisa tersebut, castellations “penipu” menghasilkan tepi yang rapuh dan bergerigi yang bahkan mungkin tidak dapat ditambal dengan solder. Ini adalah ekonomi palsu.

Perangkat keras yang dapat diandalkan tidak berharap mesin mengabaikan fisika; itu bertahan melalui desain. Kaitkan bantalan, tentukan hasil akhir, dan tulis catatan. Bit router tidak peduli dengan tenggat waktu Anda, tetapi akan menghormati geometri Anda.