Castellated PCBs: Die optimale Lösung für effiziente Board-Montage

Haben Sie schon von Surface Mount Technology (SMT) und Through-Hole Technology (THT) gehört?

Das sind zwei gängige Methoden, eine PCB auf einer anderen zu montieren. Dieser Artikel stellt jedoch eine andere Technologie vor: castellated PCB.

Castellations unterscheiden sich deutlich von Montagetechnologien. Sie bieten einzigartige Wege, zwei PCBs für eine Anwendung zu verlöten. Die große Frage hier ist also: Was sind castellated PCBs?

In diesem Artikel untersuchen wir castellated PCBs detailliert. Wir schauen auch, wie man castellated Kanten verlötet.

Was sind Castellated PCBs?

Castellations sind sichelförmige Löcher, die am Rand von PCBs angebracht sind. Man nennt diese Löcher auch halbmetallisierte Löcher (Semi-Plated Holes). Zudem erleichtern diese Löcher das Montieren von PCBs und machen es bequemer.

Zudem helfen Castellations bei der korrekten Ausrichtung Ihrer Boards und erleichtern das Löten.

Darüber hinaus nutzen castellated PCBs den Board-to-Board-Lötprozess. Außerdem können Sie verschiedene Board-Module mit castellated Löchern erstellen. Diese Module können WiFi-Module, Bluetooth-Module und viele mehr sein.

Am Wichtigsten: Castellations bieten eine direkte Verbindung zwischen PCBs. Obwohl Sie zwei Boards zu einem zusammenlöten, bleibt das Castellation-System dünn. Mit anderen Worten: Die Boards werden nach dem Löten nicht sperrig.

Die meisten Designer bevorzugen Board-to-Board-Löten gegenüber anderen Montagetechnologien, wenn das Montieren zweier PCBs notwendig ist. Auch castellated Löcher schaffen Verbindungen zwischen Modulen und Boards.

Warum verwendet man Castellated Holes?

Es gibt mehrere Einsatzmöglichkeiten für castellated Löcher. Erstens nutzen die meisten Designer sie, um verschiedene PCB-Module zu erstellen, einschließlich Bluetooth- und WiFi-Module. Dann können sie diese Module als unabhängige Einheiten auf einer separaten PCB während der Bestückung hinzufügen.

Zudem verwenden wir Castellations, wenn wir zwei Boards kombinieren müssen. Wir nutzen sie auch für PCB-Verbindungen und drahtlose PCB-zu-PCB-Verbindungen.

Anwendungen von Castellated Holes

Es gibt fast keine Grenze, wo Sie castellated PCBs einsetzen können. Diese Boards funktionieren in Computern, Stromversorgung, Telekommunikation, High-End-Unterhaltungselektronik, Industriekontrolle, Automobilanwendungen und mehr.

Vorteile von Castellated PCBs

Castellated PCBs bieten mehrere Vorteile. Zum Beispiel können wir mit diesen Löchern Repliken bestimmter Teile einer PCB-Schaltung erstellen. Stellen Sie sich vor: Wenn eine Schaltung einen Inverter oder Rückkopplungsschleifen benötigt, fertigen Sie Dutzende dieser Teilschaltungen zum Testen an.

Dann können Sie diese an die Haupt-PCBs löten, die sie benötigen. Das ist nur ein Beispiel dafür, was Sie mit castellated Löchern tun können. Hier sind weitere Vorteile:

• Sie können castellated Löcher nutzen, um drahtlose Verbindungen zwischen PCBs herzustellen.
• Zudem ist es einfach, castellated PCBs auf einer anderen zu montieren, um ein Endprodukt zu erstellen.
• Außerdem erleichtern castellated Löcher das Ändern von Pin-Layouts von Bauteilen. Sie können Ihre Pins nach Ihren Anforderungen umschalten.
• Castellated PCBs können kleine Module und Breakout-Boards erstellen. Diese Breakout-Boards können auch an bestimmten Teilen größerer PCBs arbeiten.
• Interessanterweise können Sie einzelne PCBs nutzen, um integrierte Module zu erstellen. Diese Module können Sie dann mit anderen PCBs während der Produktion verwenden.

Herstellungsprozess für halbmetallisierte PCB-Löcher (Plated Half Hole)

Die Herstellung konventioneller Castellation-Löcher ist ziemlich einfach. Der übliche Prozess beginnt mit dem Bohren, bevor chemisches Kupfer auf die Oberfläche aufgebracht wird. Es folgen Panel-Plating und Bildübertragung, dann Pattern-Plating.

Sobald dies abgeschlossen ist, folgt Ätzen, Lötstoppmasken-Druck und Oberflächenveredelung. Zuletzt erfolgen Loch-Castellation und Konturfräsen.

Obwohl die oben genannten Schritte unkompliziert sind, liefern sie nicht die besten Ergebnisse, besonders in puncto Leistung. Es gibt jedoch eine fortgeschrittenere Methode zur Herstellung halbmetallisierter Löcher. Diese ist dem traditionellen Ansatz ziemlich ähnlich, weist aber geringe Unterschiede auf.

Der erste Schritt der fortgeschrittenen Methode besteht darin, die Kanten Ihrer Substratplatte zu bohren. Zudem müssen Sie dafür ausschließlich spezialisiertes Bohrequipment verwenden. Andernfalls gibt es Probleme im nächsten Schritt.

Der nächste Schritt ist die Durchkontaktierung (Plating Through Hole). Die Beschichtung stellt sicher, dass Ihre Löcher eine Kupferschicht für bessere Leitfähigkeit haben.

Empfohlene Spezifikationen für Castellated Holes

Castellated Löcher haben auch Designspezifikationen, die Sie beachten müssen. Diese Spezifikationen umfassen:

• Größe: Sie können die größte handhabbare Größe verwenden.
• Anzahl Löcher: Ihr Design bestimmt Ihre Lochanzahl. Stellen Sie jedoch sicher, dass Ihre Lochanzahl optimal ist. Andernfalls wird das Zusammenbauen und Ausrichten Ihrer Boards zur halben Sache.
• Oberflächenveredelung: Die Anwendung Ihres Boards bestimmt die Art der Oberflächenveredelung. Wir empfehlen jedoch die ENIG-Oberflächenveredelung.
• Pad-Design: Wir empfehlen, das größtmögliche Pad auf der Ober- und Unterseite Ihres Boards zu verwenden.

Castellated PCB: Wie lötet man Castellated Kanten?

Tatsächlich ist das Löten von Castellations nicht kompliziert. Sie müssen lediglich sicherstellen, dass Ihr Board passende castellated Löcher und Footprints (Lötpads) hat. Zudem benötigen Sie etwas Lötwissen, um Ihre Platine nicht zu beschädigen.

Wenn Sie neu im Löten sind, können Sie hier mehr über den Prozess erfahren.

Ohne weitere Umschweife, hier sind die Komponenten, die Sie für dieses Projekt benötigen.

Castellated PCB: Benötigte Werkzeuge und Spezifikationen

• Lötkolben: Sie können jeden Lötkolben mit einstellbarer Temperatur verwenden. Achten Sie darauf, dass er eine Spitze hat, die in die castellated Vias Ihres Boards passt. Andernfalls würden Sie Lötzinn über Ihr Board verschütten und Lötbrücken erzeugen.

• Messingschwamm: Falls Sie keinen Zugang dazu haben, können Sie einen normalen Schwamm mit etwas Wasser verwenden.

• Lötzinn: Wir empfehlen bleifreies, wasserlösliches Flussmittelkern-Lötzinn, 0,020" (ca. 0,5 mm) Durchmesser.

• Flux-Pen (wasserlöslich).

• Pinzette.

• Bürste (mit ¼-Zoll-Borsten).
• Isopropylalkohol: Sie benötigen dies, um verbliebenes Flussmittel von Ihrer PCB zu entfernen und Schäden zu vermeiden. Normalerweise benötigt wasserlösliches Flussmittel heißes, deionisiertes Wasser, Sie können aber auch Isopropylalkohol verwenden.

Optionale Werkzeuge

• Spitzenverzinner (Tip Tinner)
• Entlötlitze (Solder Wick)
• Dritte Hand oder Schraubstock
• Fusselfreie Tücher
• Seitenschneider

Castellated PCB: Schritte

Hier sind die Schritte, die Sie befolgen müssen:

Schritt 1: Arbeitsplatz einrichten

Bevor Sie beginnen, benötigen Sie einen sicheren Arbeitsbereich um Ihren Lötkolben. Wir empfehlen Ihnen:

• Halten Sie Ihren Arbeitsbereich aufgeräumt und Ihre Werkzeuge griffbereit.
• Nutzen Sie ESD-Matten oder andere feuerfeste Unterlagen, damit Sie Ihren Tisch nicht verbrennen.
• Stecken Sie Ihren Lötkolben an und schalten Sie ihn ein. Stellen Sie die Temperatur auf ca. 370 °C ein.
• Falls Sie einen normalen Schwamm haben, halten Sie ihn feucht, nicht tropfnass.

Schritt 2: Lötkolbenspitze reinigen

So gehen Sie vor:

Sie können etwas Lötzinn auf die Spitze auftragen, während sie heiß ist, oder die Spitze in etwas Spitzenverzinner tauchen. Die Hitze sollte das Lötzinn oder den Verzinner schmelzen und eine Beschichtung bilden.

Entfernen Sie dann mit Ihrem Schwamm das überschüssige Lötzinn oder den Verzinner. Wiederholen Sie den Vorgang, falls Ihre Spitze nicht glänzend und sauber ist.

Schritt 3: Zeit zum Löten!

Hier müssen Sie vorsichtig sein. Wir empfehlen, mit einem Eck-Pad auf Ihrem Pad zu beginnen. Halten Sie dann die Spitze Ihres Kolbens für ca. 1–2 Sekunden sanft auf dem Pad, um mit dem Löten zu beginnen.

Geben Sie dann langsam etwas Lötzinn zwischen Kolbenspitze und Pad. Sobald das Lötzinn schmilzt, sollten Sie einen schönen Lötzinnhaufen haben, der das Pad füllt. Entfernen Sie nun den restlichen Lötzinndraht, bevor Sie den Lötkolben wegziehen.

Schritt 4: Etwas Flussmittel hinzufügen

Zeit, etwas Flussmittel zu Ihrem schönen Lötzinnhaufen hinzuzufügen. Achten Sie jedoch darauf, nicht zu viel Druck auszuüben, damit das Flussmittel nicht verschüttet wird.

Schritt 5: Modul montieren

Nehmen Sie Ihr Modul und Ihren Lötkolben. Nutzen Sie auch Ihre Pinzette, um Ihr Modul in der Nähe zu halten, während Sie den Lötzinnhaufen schmelzen. Schieben Sie das Modul dann an seinen Platz, während Sie den Haufen erhitzt halten.

Wir möchten, dass die Castellation etwas Lötzinn aufnimmt. Daher müssen Sie Via und Pad mit dem geschmolzenen Lötzinn berühren. Richten Sie Ihr Modul auch mit dem Board aus, während das Lötzinn heiß ist.

Hinweis: Stellen Sie sicher, dass Ihr Board in die richtige Richtung zeigt, damit Sie keine Lötfehler machen. Berühren Sie die Boards auch nicht, während das Lötzinn abkühlt.

Wiederholen Sie den Vorgang für die anderen Pins. Prüfen Sie abschließend, ob das Lötzinn Via und Pad berührt.

Abschließende Worte

Castellated PCBs sind praktisch, wenn Sie zwei PCBs montieren und drahtlos verbinden müssen. Interessanterweise erleichtern castellated Löcher das Verlöten Ihrer Boards und sogar Anpassungen, um sicherzustellen, dass sie ausgerichtet bleiben.

Achten Sie auch darauf, dass die castellated Löcher und Footprints (Pads) vor dem Montieren und Verbinden übereinstimmen.

Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, wenn Sie ein castellated PCB bauen möchten.