سوراخ کاستل PCB چیست؟
سوراخ کاستل PCB (Castellated Hole یا پد لبهی نیمسوراخ) یک نیمحفرهی پلیتشده با دیوارهی مسی است که دقیقاً روی خط لبهی برد بریده میشود و لبهی یک ماژول کوچک را به مجموعهای از پدهای قابل لحیمکاری برای اتصال مستقیم به یک برد اصلی (Carrier Board) تبدیل میکند. بهبیان ساده، بهجای اینکه ماژول را با سرصفحه یا کانکتور به برد اصلی وصل کنید، ماژول با این پدهای هلالی بهصورت یک قطعهی SMD روی برد اصلی لحیم میشود. ماژولهایی مانند ESP32-WROOM یا Raspberry Pi Pico از همین روش برای اتصال به برد مادر استفاده میکنند. این روش یک «تصمیم گزینهی ساخت» است؛ اگر میخواهید پیش از سفارش، صحت فایل و مشخصات ساخت را کنترل کنید، از بررسی فایل Gerber استفاده کنید.
چرا ماژولها به سوراخ کاستل نیاز دارند؟
در طراحی ماژولار، یک زیرماژول (مثلاً ماژول WiFi، بلوتوث یا درایور موتور) باید کمهزینه و قابلاتکا به برد اصلی متصل شود. سوراخ کاستل جایگزین سرصفحه و کانکتور میشود و از دید راهنمای Altium این مزیتها را دارد:
- حذف ارتفاع(Z-axis) کانکتور و کاهش ضخامت کلی محصول (ماژول بهصورت تخت روی برد اصلی مینشیند).
- اتصال مکانیکی و الکتریکی همزمان با یک لحیمکاری؛ بدون قطعهی جداگانه در BOM.
- شکل نیماستوانهای، فیلهی لحیم قوی از طریق خاصیت مویینگی ایجاد میکند.
- فاصلهی هوایی صفر بین دو برد، ورود گردوغبار و رطوبت را کاهش میدهد.
نکته: میتوان یک ردیف سوراخ پلیتشدهی کامل پشت لبه هم گذاشت تا در مرحلهی تست یا پروتوتایپ، هدر یا سیم به آن لحیم شود؛ اما در نسخهی تولیدی قرار است ماژول تخت روی برد اصلی بنشیند.
برچسب برآورد: نکات بالا توصیههای عمومی راهنماهای طراحی صنعت (Altium، Sierra Circuits) است، نه ادعای ویژه در مورد یک کارخانه یا سفارش مشخص. میزان بهبود واقعی به فرآیند مونتاژ همان خط تولید بستگی دارد.
دو شکل رایج کاستلیشن
بر اساس راهنمای Altium، دو آرایش اصلی دیده میشود:
- نیمسوراخ روی خود لبه با پد متصل به آن که بهصورت یک پد SMD استاندارد لحیم میشود.
- سوراخ پلیتشدهی کامل در داخل لبه که معمولاً برای نصب هدر تست بهکار میرود و باید با یک سد ماسک لحیم (Solder Mask Dam) از پد اصلی جدا شود تا لحیم به داخل آن مکیده نشود.
قواعد طراحی سوراخ کاستل (ابعاد حداقل)
جدول زیر محدودیتهای ابعادی یک راهنمای سازنده (JLCPCB) برای برد صلب است. اینها «حداقل سازنده» هستند، نه قانون کلی؛ هر سازنده (و همچنین بازبین فنی بردیفای هنگام بررسی فایل Gerber) ممکن است مقادیر سختگیرانهتری تعیین کند.
| پارامتر | حداقل | مقدار پیشنهادی |
|---|---|---|
| قطر حفرهی کاستل (Drill) | ۰٫۶ میلیمتر | ۰٫۸ تا ۱٫۰ میلیمتر |
| فاصلهی لبهی حفره تا حفره | ۰٫۶ میلیمتر | ≥ ۰٫۸ میلیمتر |
| فاصلهی پد کاستل تا لبهی برد | ≥ ۱٫۰ میلیمتر | ۱ میلیمتر |
| حلقهی آنولار (Annular Ring) | ۰٫۲۵ میلیمتر | (حد مطلق ۰٫۱۸) |
| فاصله از گوشهی برد | ≥ ۳٫۰ میلیمتر | ≥ ۵ میلیمتر |
| عمق پد به داخل برد | ≥ ۰٫۵ میلیمتر | ۰٫۸ میلیمتر |
برچسب برآورد: اعداد جدول از صفحهی «Castellated PCBs: Introduction and Design Requirements» (JLCPCB، دسترسی ۴ سپتامبر ۲۰۲۶) گرفته شده و به معنای قابلیت یا قیمت بردیفای یا هیچ تأمینکنندهی دیگر نیست. برای گوشهها و فاصلههای بحرانی حتماً با بازبین فنی سازندهی خود هماهنگ کنید.
ابعاد و فاصلهها با همین منطق در قواعد DFM پیش از Routing هم مطرح میشود: فاصلهی نامناسب میتواند به ترک وب، پل لحیم و شکست تنشی هنگام برش لبه منجر شود.
فرآیند ساخت و چرا کاستل پرهزینهتر است
کاستلیشن فرآیندی ویژه است: ابتدا حفرهی گرد پلیت میشود و سپس در مرحلهی شکلدهی (Profile) لبهی برد از میان همان حفره بریده میشود. چالش اصلی، سالم ماندن دیوارهی مسی نیمحفره است؛ در یک سمت، ابزار، مس را به زیرلایه میفشارد ولی در سمت مقابل (نقطهی B) بدون تکیهگاه، میتواند مس را بلند کند و بور یا پوستهشدگی (Copper Burr / Peel) ایجاد کند که باعث اتصال ضعیف یا اتصال کوتاه هنگام مونتاژ میشود. سازندهها برای کنترل این پدیده از توالی دریل/میلفرز دو مرحلهای استفاده میکنند که به همین دلیل، هزینهی ساخت اضافه دارد. کاستلیشن «قابلیت تولید» است و باید در فایل Gerber و فایل دریل بهوضوح دیده شود؛ اگر لایهها یا Drill ناقص باشند، سازنده ممکن است نتواند لبهها را درست پلیت کند.
الزامات فایل و داده برای سفارش
برای اینکه سازنده لبهی کاستل را درست تشخیص دهد، راهنمای Altium خواندن لایههای زیر را در خروجی (ترجیحاً Gerber X2) لازم میداند:
- لایههای مسی بالا و پایین (GTL/GBL)
- بازشدگیهای ماسک لحیم روی هر دو سطح (GTS/GBS)
- فایل دریل (DRL/TXT) برای حفرههای کاستل
توصیهی عملی: پیش از ارسال، خروجی را با یک بررسی ساخت مثل چکلیست فایل Gerber مرور کنید و لبهی کاستل را صریح با سازنده هماهنگ کنید.
سطح، پنلسازی و انتخاب گزینههای ساخت
- برای اسلاتهای کاستل بلند (مثلاً طول ≥ ۵ میلیمتر) برخی راهنمای سازنده، سطح ENIG را توصیه و گاهی الزام میکنند تا صافی و لحیمپذیری دیوارهی مسی حفظ شود؛ مقایسهی ENIG و HASL را در راهنمای سطحپوشش PCB ببینید.
- بردهای ماژول بسیار کوچک (زیر حدود ۲۰ میلیمتر) معمولاً باید پنلسازی شوند تا هنگام گیرهگذاری و برش، پایدار بمانند.
بردیفای امکان بررسی این تصمیمها را در مسیر سرویس ساخت PCB همراه با کنترل کیفیت هنگام دریافت فراهم میکند؛ ادعای قیمت یا زمان در این نوشته ارائه نشده است.
قواعد مونتاژ و بازرسی
- قطعات ماژول را ترجیحاً فقط در یک سمت بگذارید تا برد بهصورت تخت روی برد اصلی بنشیند.
- پدهای برد اصلی را برای پذیرش کل فیلهی لحیم بزرگتر از پد ماژول در نظر بگیرید و کمی ماسک لحیم (حدود ۴ میل در هر طرف) باز کنید تا از پل لحیم بین پدها جلوگیری شود.
- بین پدها و هر سوراخ پشتی، سد ماسک لحیم بگذارید تا لحیم به داخل مکیده نشود.
- هنگام بازرسی، سالمان بودن دیوارهی مسی، هممرکزی پد و یکنواختی فیلهی لحیم را بررسی کنید؛ مانند سایر ابعاد در استانداردهای پذیرش و کنترل کیفیت هنگام دریافت.
اهرم اصلی این است که با مشخصات شفاف و فایل سالم، سفارش ساخت برد را شروع کنید و اجازه دهید بازبین فنی، امکانسنجی کاستل را تأیید کند.
جمعبندی و گام بعدی
سوراخ کاستل بهترین راه برای تبدیل یک زیرماژول به قطعهی SMD قابلملحیم است، بهشرط آنکه قطر حفره، فاصلهها، حلقهی آنولار و سطح را برای توانایی واقعی سازنده تعیین کنید و فایلهای مسی، ماسک و دریل را درست تحویل دهید. برای شروع، فایلهای Gerber و Drill خود را بررسی و سپس سفارش ساخت ماژول را ثبت کنید.
منابع
- Altium — How to Design Castellated Holes and Edges in a PCB for an SMD Module
- Sierra Circuits — Plated Half-holes / Castellated Holes
- JLCPCB — Castellated PCBs: Introduction and Design Requirements
- NextPCB — Ultimate Guide to Plated Half-Holes (Castellated Holes)
- AtlasPCB — PCB Edge Plating and Castellated Holes