Análise Abrangente de Castellated (Meio buraco) Características estruturais do PCB
Com a tendência de miniaturização e integração de alta densidade em dispositivos eletrônicos, PCBs acastelados (também conhecidos como PCBs de meio furo ou flor de ameixa) tornaram-se componentes-chave em produtos eletrônicos de consumo, Controle industrial, dispositivos médicos, e outros campos, graças à sua principal vantagem de conexão direta placa a placa sem conectores.
Os furos de cobre revestidos semicilíndricos ao longo da borda da placa não apenas resolvem os problemas de ocupação de espaço volumoso e alta perda de sinal associados aos conectores tradicionais., mas também alcançar avanços em confiabilidade e controle de custos. Este artigo fornece uma análise abrangente de PCBs castelados - desde princípios técnicos e processos de fabricação até desafios de projeto e aplicações práticas - ajudando os engenheiros a fazer seleções precisas e implementá-las com sucesso em produtos reais.
O que é um PCB castelado? Definição e características principais
1.1 Definição Básica e Princípio Estrutural
Uma PCB acastelada é um tipo de placa de circuito na qual uma “interface condutora semi-passante” é formada ao longo da borda da placa através de uma combinação de perfuração parcial, chapeamento de cobre, e remoção de substrato. Seu nome acadêmico é PCB com furos castelados.
As principais características estruturais incluem:
50%–70% da camada de cobre banhado é retida na parede do furo, com cobertura contínua de cobre na parede interna, formando um caminho condutor confiável;
Um lado do substrato é removido com precisão, expondo uma superfície de cobre em forma de arco que serve como ponto de contato para soldagem placa a placa;
O design combina condutividade elétrica (substituindo pinos do conector) e posicionamento mecânico (nidificação e fixação). Durante a conexão, a soldagem por refluxo é usada para fundir e fixar a superfície de cobre de meio furo às almofadas de outra PCB.
1.2 Características principais
| Recurso | Especificação Técnica | Padrão de teste | Ponto problemático da indústria abordado |
|---|---|---|---|
| Estrutura do furo | Semicilíndrico, localizado na borda da placa, com revestimento de cobre contínuo na parede do furo | IPC-A-600G 2.4.1 | Evita a interrupção do sinal durante a conexão |
| Requisitos de revestimento | Espessura do cobre da parede do furo ≥ 25 μm; adesão do chapeamento ≥ 1.5 N (sem descascar no teste de fita) | IPC-6012 2.3.1 | Evita a delaminação do revestimento durante o uso a longo prazo |
| Tolerância dimensional | Tolerância do diâmetro do furo ≤ ±0,05 mm; desvio de posição do furo ≤ ±0,03 mm | IPC-2221A 7.2 | Garante o alinhamento preciso placa a placa e evita juntas de solda fria |
| Acabamento de superfície | Concordar: camada de níquel 5–8 μm, camada de ouro 0,05–0,1 μm; Lata de imersão: camada de estanho 7–10 μm | IPC-4552 3.2 | Melhora a soldabilidade; ENIG adequado para aplicações de alta frequência |
| Resistência mecânica | Resistência à flexão ≥ 150 N/cm (1.6 espessura da placa mm); ciclos de acasalamento ≥ 50 | MIL-STD-202G 211 | Adequado para ambientes de vibração (Por exemplo, eletrônica automotiva) |
Por que usar um design de “meio furo”?
À medida que os dispositivos eletrônicos continuam a encolher (como smartwatches e fones de ouvido Bluetooth), o espaço interno tornou-se extremamente limitado. Métodos tradicionais de interconexão usando conectores mais fios ocupam espaço significativo e são propensos a mau contato. O design de PCB de meio furo resolve esses problemas de maneira eficaz.
1. Economize espaço e habilite dispositivos mais compactos
Em projetos convencionais, conectar uma PCB a outro módulo requer soldar um conector separado (como um conector USB ou conector de pino), que normalmente ocupa 5–10 mm de espaço. Em contraste, PCBs de meio furo integram a conexão diretamente na borda da placa, eliminating the need for extra space—essentially integrating the connector into the PCB itself.
Por exemplo, the control module of a smart fitness band may measure only 2 cm × 3 cm, leaving no room for a traditional connector. By using a castellated PCB, the edge half-holes can be directly inserted into the main board slot, achieving reliable connection without wasting space, allowing the device to be lighter and thinner.
De forma similar, in Bluetooth earphone charging interface modules, a half-hole design can reduce module thickness by 2–3 mm, perfectly matching the compact earphone enclosure.
2. More Reliable Connections with Fewer Failure Points
Traditional connectors are independent components soldered onto the PCB, making them susceptible to cold solder joints or detachment. Além disso, os múltiplos pontos de contato entre conectores e soquetes são propensos à oxidação e ao desgaste ao longo do tempo, levando a mau contato.
Em contraste, os meios furos de uma PCB acastelada são integrado na própria placa. Os furos metalizados entram em contato direto com as placas ou ranhuras correspondentes, eliminando juntas de solda separadas e reduzindo possíveis pontos de falha sobre 80%.
Por exemplo, PCBs de sensores industriais geralmente operam por longo prazo em ambientes com vibração e poeira. Com conectores tradicionais, a vibração pode fazer com que o conector se solte ou se solte, interrompendo a transmissão de dados. Conexões de borda de PCB casteladas eliminam o risco de afrouxamento; mesmo sob vibração contínua, o contato entre os meios furos e a ranhura permanece estável, reduzindo significativamente as taxas de falha.
3. Custo mais baixo e processo de fabricação simplificado
As interconexões de PCB tradicionais envolvem três etapas: Fabricação de PCB, aquisição de conectores, e solda do conector. Isto não só acarreta custos de conector (um cabeçalho de pino padrão normalmente custa 0.5–1 RMB por unidade) mas também adiciona processos extras e custos trabalhistas.
Com PCBs acastelados, os meios furos são formados durante a fabricação de PCB, eliminando a necessidade de comprar conectores e realizar operações adicionais de soldagem. Isso pode salvar 1–2 RMB por placa.
Para produtos com volumes de produção anual na casa dos milhões (como roteadores e plugues inteligentes), salvando apenas 1 RMB por placa pode reduzir os custos totais em sobre 1 milhões de RMB. Além disso, processos de montagem simplificados podem melhorar a eficiência da produção, em volta 30%—em vez de soldar os conectores primeiro e depois montar os módulos, os fabricantes podem inserir diretamente as placas acasteladas, reduzindo significativamente o tempo de produção.
Acastelado (Meio buraco) Processo de fabricação de PCB
1 Fluxo de Produção Completo
| Etapa do processo | Detalhes da operação | Equipamento chave | Pontos de controle de qualidade | Problemas comuns & Soluções |
|---|---|---|---|---|
| 1. Corte de material básico | Selecione FR-4 (aplicações gerais), Rogers 4350B (aplicações de alta frequência), ou PI flexível (aplicações dobráveis). Tolerância dimensional de corte ≤ ±0,1 mm | Máquina de corte CNC | Sem rebarbas, sem empenamento do substrato | Deformação: Aplicar tratamento pré-cozimento (120 ° c / 2 horas) |
| 2. Perfuração | Perfuração CNC com velocidade do fuso de 30.000–50.000 rpm, taxa de avanço 50–100 mm/min; furos completos (φ1,0–6,0 mm) | Máquina de perfuração CNC de alta precisão (precisão ±0,01 mm) | Paredes lisas de buracos, sem rebarbas ou resíduos de carbono | Resíduo de carbono: Aumentar a velocidade do fuso; use fluido de corte solúvel em água |
| 3. Deposição de cobre eletrolítico | Desengordurante (60 ° c / 5 min) → Micro-gravação (Solução NaPSO₃, 30 é) → Catalisação (Solução PdCl₂, 2 min) → Revestimento de cobre eletrolítico (45 ° c, taxa de deposição 0.5 μm/min); espessura final do cobre 5–7 μm | Linha automática de revestimento de cobre eletrolítico | 100% cobertura de cobre de parede de furo, sem vazios | Vazios: Otimize a concentração do banho de cobre; estender o tempo de chapeamento |
| 4. Transferência de padrão | Exposição (Comprimento de onda ultravioleta 365 nm, energia 80–100 mJ/cm²) → Desenvolvimento (Solução de Na₂CO₃, 1% concentração, 30 é) → Galvanoplastia (Banho de cobre: 2 A/dm², 60 min; Banho de estanho: 1 A/dm², 30 min); espessura final do cobre 25–30 μm, espessura do estanho 7–10 μm | Linha de galvanoplastia automática | Precisão de rastreamento ≤ ±0,02 mm; revestimento uniforme | Revestimento irregular: Ajustar a velocidade de agitação; otimizar o design do rack |
| 5. Formação de buraco castelado | Dois processos: ① Fresamento CNC: Fresa de topo de aço de tungstênio de φ1,0 mm, 40,000 rpm, taxa de alimentação 30 mm/min; fresamento ao longo de uma posição de 0,5× diâmetro do furo fora do centro do furo para reter a parede da metade do furo. ② Morrer perfurando: Matriz de precisão, pressão de punção 5–10 MPa, precisão de posicionamento ±0,03 mm | Fresadora CNC / Máquina de perfuração | Sem rebarbas na parede de meio furo; sem delaminação de cobre | Rebarbas: Adicionar rebarbação pós-fresamento (escovação de náilon + rebarbação química) |
| 6. Gravura & Pós-processamento | Gravura (Solução de CuCl₂, taxa de gravação 2 μm/min) → Máscara de solda (impressão serigráfica, espessura 10–20 μm) → Impressão de legenda → Inspeção (Aoi + raio X) | Linha de gravação automática, Equipamento de inspeção AOI | Aberturas precisas da máscara de solda (desvio ≤ ±0,03 mm); sem shorts/abertos | Desalinhamento da máscara de solda: Otimize o alinhamento da tela; melhorar a precisão da exposição |
2 .Comparação detalhada de processos de formação de furos castelados
| Dimensão do Processo | Fresagem CNC | Morrer Perfuração | Recomendação Prática de Seleção |
|---|---|---|---|
| Precisão | Tolerância do diâmetro do furo ±0,05 mm; rugosidade da parede do furo Ra ≤ 0.8 μm | Tolerância do diâmetro do furo ±0,1 mm; rugosidade da parede do furo Ra ≤ 1.2 μm | CNC preferido para aplicações de alta precisão, como médicas e militares |
| Eficiência | Tempo de processamento de placa unilateral: 30 é / painel (10 buracos acastelados); tempo de mudança 5 min | Tempo de processamento de placa unilateral: 1 é / painel; tempo de mudança 30 min | Puncionamento de matrizes para produção em massa (>100k peças); CNC para pequenos lotes (<10k peças) |
| Custo de ferramentas | Sem custo de molde; custo de desgaste da ferramenta aprox.. 0.1 RMB / quadro | O desenvolvimento do molde custou US$ 5.000 a 15.000 por conjunto; vida útil do molde aprox.. 1 milhões de ciclos | CNC é mais econômico para pedidos <50k peças |
| Diâmetro do furo aplicável | Diâmetro mínimo do furo 0.4 mm (espessura da placa ≤ 1.0 mm) | Diâmetro mínimo do furo 0.6 mm | Projetos de microfuros (<0.6 mm) requer CNC |
| Qualidade de borda | Nenhum dano de compressão; excelente integridade do cobre | Possíveis pequenas marcas de compressão (probabilidade <3%) | CNC recomendado para alta frequência, aplicações sensíveis ao sinal |
| Clientes típicos | Fabricantes de dispositivos médicos (Por exemplo, Mindray), empresas da indústria de defesa | Fabricantes de eletrônicos de consumo (Por exemplo, Xiaomi, OPPO) | Decida com base no posicionamento do produto e no volume do pedido |
Aplicações de castelado (Meio buraco) PCBs
A principal vantagem dos PCBs castelados reside em interconexão miniaturizada, tornando-os especialmente adequados para dispositivos com espaço limitado e altos requisitos de confiabilidade de conexão. As aplicações típicas incluem:
1. Equipamento de comunicação de rede: Módulos de roteador, Placas de interface de switch
Módulos sem fio e módulos de interface Gigabit Ethernet dentro de roteadores são amplamente implementados usando PCBs castelados.
Por exemplo, o módulo sem fio 5G de um roteador normalmente mede apenas 3 cm × 4 cm. Inserindo o PCB acastelado diretamente no slot da placa-mãe, espaço é economizado enquanto garante transmissão estável de sinais de rede de alta velocidade. Se conectores tradicionais fossem usados, atenuação do sinal pode ocorrer durante a transmissão, afetando negativamente a velocidade da rede.
2. Dispositivos vestíveis: Bandas inteligentes, Relógios inteligentes, Fones de ouvido Bluetooth
Esses dispositivos apresentam formatos extremamente compactos (uma placa-mãe de smartwatch normalmente tem uma área de apenas sobre 5 cm²), leaving no room for conventional connectors. Castellated PCBs are an ideal solution.
Por exemplo, the heart-rate sensor module of a smartwatch can be connected to the mainboard via castellated holes, allowing the module thickness to be controlled within 1 mm, perfectly fitting into the slim device enclosure. Além disso, castellated connections are highly reliable and will not suffer from poor contact due to wrist movement.
3. Industrial Sensors: Temperatura, Pressure, and Displacement Sensors
Industrial sensors are required to operate for long periods in harsh environments such as vibration, high temperature, and dust, and are often installed in narrow mechanical spaces.
The edge-connection method of castellated PCBs eliminates the risk of loosening, ensuring stable sensor data transmission. Ao mesmo tempo, the absence of additional connectors reduces gaps through which dust and moisture could enter, significantly improving the sensor’s water and dust resistance.
4. Consumer Electronics Accessories: Wireless Charging Modules, Bluetooth Adapters
Por exemplo, in smartphone wireless charging pads, the internal control module often uses a castellated PCB, with the half-holes directly connected to the charging coil. This design reduces overall module thickness (até abaixo 0.5 mm) while ensuring stable charging current transmission.
De forma similar, in USB Bluetooth adapters, the internal Bluetooth module is connected to the USB interface board via castellated holes, enabling the adapter to be as compact as a USB flash drive.
Castellated PCB vs. Standard Through-Hole PCB vs. Blind/Buried Via PCB
| Dimensão de comparação | Castellated PCB | Standard Through-Hole PCB | Blind/Buried Via PCB | Selection Guidance |
|---|---|---|---|---|
| Hole Location | Board edge only | Anywhere on board | Camadas internas / surface layers (non-through) | Acastelado: board-to-board connection; Through-hole: interlayer conduction; Blind/Buried: high-density internal routing |
| Core Function | Board-to-board connection + mechanical fixation | Electrical interlayer connection | Internal signal interconnection (saves surface space) | — |
| Processo de Fabricação | Drilling → Plating → Milling / Soco | Drilling → Plating → Etching | Laser drilling → Plating → Lamination | Castellated process is the most complex and costly |
| Cost Level | 20–30% higher than standard through-hole | Baseline (100%) | 50–80% higher than standard through-hole | Cost-sensitive designs choose through-hole; high-density designs choose blind/buried |
| Precision Requirement | Strict (±0,05mm) | Moderate (±0,1mm) | Very strict (±0,02mm) | Medical and military prefer castellated / vias cegas |
| Signal Performance | Low high-frequency loss (até 5 GHz) | Moderate high-frequency loss | Lowest high-frequency loss (10 GHz+) | 5G and radar prefer blind vias; consumer electronics prefer castellated |
How to Choose a Reliable Castellated PCB Supplier?
1. Core Evaluation Criteria
(1) Technical Capability Assessment
| Evaluation Item | Qualified Standard | Excellent Standard | Verification Method |
|---|---|---|---|
| Machining accuracy | Hole tolerance ±0.05 mm; position deviation ±0.03 mm | Hole tolerance ±0.03 mm; position deviation ±0.02 mm | CNC equipment model list (Por exemplo, Mitsubishi MV2400), inspection reports |
| Plating control | Copper thickness ≥25 μm; adhesion ≥1.5 N | Copper thickness 25–30 μm; adhesion ≥2.0 N | Plating thickness reports (XRF), tape test videos |
| High-frequency capability | Dielectric constant deviation ≤±5% (Rogers materials) | Dielectric constant deviation ≤±3% | Impedance test reports (TDR) |
(2) Quality Assurance System
Certificações: ISO 9001 (basic), ISO 13485 (dispositivos médicos), AS9100 (aeroespacial);
Inspection Equipment: AOI automatic optical inspection (100% cobertura), Inspeção de raios X (hole wall void detection), impedance testers (for high-frequency applications);
Quality Control Flow: Inspeção de entrada (IQC) → In-process inspection (IPQC) → Final inspection (FQC) → Outgoing inspection (OCC), with defect rate controlled at PPM < 50.
(3) Service Support Capability
Pre-sales: DFM design consultation (hole layout, seleção de materiais), response time ≤ 2 horas;
In-production: Real-time production progress updates (twice-weekly reports), abnormal issue resolution ≤ 24 horas;
After-sales: 3-month warranty (free repair for non-human damage), lifetime technical support.
2. Key Points for On-Site Supplier Audits
Equipamento de produção: Availability of high-precision CNC milling machines (Por exemplo, DMG MORI), automatic plating lines, Sistemas de inspeção AOI;
Process documentation: Complete castellated PCB SOPs and quality control plans (QCP);
Customer cases: Experience with high-end industries such as medical, militares, e eletrônica automotiva (Por exemplo, Huawei, Mindray);
Production capacity: Monthly output ≥ 500,000 peças; sample lead time ≤ 3 dias; mass production lead time ≤ 7 dias.
3. Recommended Supplier
Leadsintec
Technical strengths: 20 Mitsubishi CNC milling machines; machining accuracy ±0.03 mm; high-frequency castellated PCB impedance control within ±3%;
Quality certifications: ISO 9001, ISO 13485, AS9100; medical-grade products passed biocompatibility testing;
Service assurance: Free DFM optimization, 3-day sample delivery, 7-day mass production delivery, lifetime technical support;
Customer cases: Castellated PCBs for Mindray glucose meters and Huawei 5G modules, with defect rates controlled at PPM < 30.
Conclusão
As a core technology enabling miniaturization and high-density integration, castellated (half-hole) PCBs have proven their technical advantages across consumer electronics, Controle industrial, and medical device applications.
By thoroughly understanding their definitions, características, processos de fabricação, and design specifications—and by selecting appropriate fabrication methods and suppliers based on real application scenarios—manufacturers can significantly improve product reliability, reduzir custos, and shorten development cycles.
If you require customized castellated PCB solutions (for high-frequency, médico, or military applications), or need DFM optimization and cost evaluation, you are welcome to contact Leadsintec for free technical consultation and sample testing.
