Miniaturisatie heeft producten niet alleen slanker gemaakt; het heeft ook de manier veranderd waarop we elektronica ontwerpen, valideren, produceren en onderhouden. Printplaten (PCB’s) zijn geëvolueerd van eenvoudige componentdragers naar technisch ontworpen interconnectplatforms, aangedreven door geavanceerde materialen, apparatuur en technieken.

Voor OEM’s is de uitdaging niet langer of printplaten klein genoeg kunnen worden gemaakt.

Het gaat erom hoe u de juiste bordtechnologie, stack-up en PCB-assemblage aanpak selecteert, zodat uw product kan schalen, de omgeving kan overleven en maakbaar kan blijven wanneer toeleveringsketens of componentpakketten veranderen.

Hieronder vindt u een praktisch overzicht van waar platen vandaan komen, waar ze zich nu bevinden, de machines die moderne constructies mogelijk maken en hoe u de beste optie voor uw toepassing kiest.

Vroege elektronische producten waren afhankelijk van point-to-point-bedrading: metalen strips, staven en handbedrading tussen terminals. Het werkte – totdat het aantal componenten en de complexiteit van de circuits toenam, en de fysieke bedrading te omvangrijk, inconsistent en langzaam werd om te bouwen.

Een belangrijke mijlpaal kwam in 1925, toen uitvinder Charles Ducas patenteerde op een aanpak die vaak wordt omschreven als ‘gedrukte draden’, waarbij gebruik werd gemaakt van galvanische concepten om geleidende patronen op een isolerend oppervlak te vormen. Later bracht Paul Eisler het concept naar voren door geëtste koperfoliecircuits op een isolerend substraat te ontwikkelen – een stap die hielp de technologie van een laboratoriumconcept naar industrieel gebruik te verplaatsen.

De naoorlogse productie maakte de aanpak op grote schaal praktisch.

Tegen het einde van de jaren veertig ontstonden er processen die een meer consistente productie van platen mogelijk maakten, en in de jaren vijftig tot zeventig maakte de industrie snel vooruitgang: dubbelzijdige constructie, geplateerde gaten, meerlaagse platen en vervolgens de verschuiving naar opbouwcomponenten naarmate de automatisering van de verpakking en assemblage volwassen werd.

Het belangrijkste thema in de hele tijdlijn is dichtheid. Omdat producten meer functies vereisten in minder volume, moest het interconnectieplatform evolueren – en printplaten evolueerden mee.

Tegenwoordig kunnen ontwerpteams kiezen uit een breed menu aan structuren en materialen. De beste optie hangt af van de verpakkingsdichtheid, mechanische beperkingen, de werkomgeving en uw kosten-/volumecurve.

Stijve FR-4-constructies zijn nog steeds de standaardkeuze voor veel producten vanwege de kosteneffectiviteit en een volwassen toeleveringsketen. Meerlaagse stijve ontwerpen ondersteunen een hoge routeringsdichtheid, gecontroleerde impedantie en goede mechanische stabiliteit.

HDI maakt doorgaans gebruik van micro-via’s, fijnere lijnen/spaties en hogere lagenaantallen om apparaten met een krappe afstand te routeren. Als u gebruikmaakt van ball grid arrays (BGA’s) met een fijne pitch, een dichte stroomverdeling of kleinere vormfactoren wilt, kan HDI het bordoppervlak verkleinen en soms de elektrische prestaties verbeteren (kortere verbindingen), maar het verhoogt de complexiteit van het ontwerp en de productie van printplaten.

Flexibele circuits en rigid-flex boards zijn nu mainstream in producten en apparaten met beperkte ruimte met herhaalde bewegingen, opvouwen of strakke verpakkingen. In medische apparaten worden bijvoorbeeld vaak flexibele printplaten gebruikt om elektronica in compacte behuizingen te passen, signalen door scharnieren te leiden of zich aan te passen aan gebogen interne geometrieën.

Vanuit productieoogpunt introduceren flex- en rigid-flex-platen nieuwe overwegingen (verstijvingen, regels voor de buigradius, afdekplaten, hantering/opspanning), en ze vereisen vaak een eerdere samenwerking tussen ontwerp en productie om opbrengstverlies tijdens de PCB-assemblage te voorkomen.

Als uw ontwerp energiedicht is (LED’s, stroomconversie, motoraandrijvingen), kan thermisch beheer de dominante boardvereiste worden. Er wordt gekozen voor substraten met een metalen kern of thermisch verbeterde substraten om de warmte efficiënt uit hete componenten te verwijderen.

Als je gecontroleerde diëlektrische eigenschappen nodig hebt voor radiofrequentieprestaties, veerkracht bij hoge temperaturen of chemische bestendigheid, wordt materiaalkeuze een primaire ontwerphefboom. Hoe specialistischer de materialen zijn, des te belangrijker is het om de beschikbaarheid en verwerkingscapaciteiten van fabrikanten van printplaten vroegtijdig te valideren, vooral voordat u uw stack-up vergrendelt.

Miniaturisatie vindt niet alleen plaats door ontwerpintenties; het gebeurt omdat productieapparatuur herhaaldelijk kleine componenten op hoge snelheid kan plaatsen, solderen, inspecteren en testen.

Surface-mount-technologie (SMT) vormt de basis van compacte elektronica. Bij een typische SMT-stroom wordt soldeerpasta door een stencil gedrukt, worden componenten geplaatst door middel van geautomatiseerde pick-and-place en worden verbindingen gevormd in een gecontroleerde reflow-oven.

Om de processtabiliteit te behouden, maken veel bewerkingen ook gebruik van inspectiefasen, zoals soldeerpasta-inspectie (SPI) en geautomatiseerde optische inspectie (AOI). AOI wordt vaak gebruikt om polariteitsfouten, tombstones, onvoldoende soldeer- en uitlijningsproblemen te detecteren voordat de platen stroomafwaarts bewegen.

Through-hole-technologie (THT) blijft het juiste hulpmiddel voor componenten die mechanische robuustheid of een hogere stroomverwerking nodig hebben – denk aan connectoren, transformatoren, grote condensatoren, koellichamen en schilden.

Voor THT-solderen gebruiken veel fabrieken loodvrij golfsolderen voor volumedoorvoer, naast selectief solderen wanneer alleen bepaalde doorgaande gaten moeten worden gesoldeerd bij constructies met gemengde technologie. Dit is van belang omdat meer producten noodzakelijkerwijs hybride zijn: dichte SMT aan de ene kant, robuuste THT waar mechanische belastingen dit vereisen.

Naarmate ontwerpen compacter worden en printplaten kleiner, wordt het testen complexer. In-circuit testen (ICT) en functionele tests helpen bij het opsporen van ontsnappingen in de assemblage en procesdrift; sommige providers ondersteunen ATE/ICT om de dekking voor complexe builds te verbeteren.

Voor veeleisende omgevingen specificeren veel OEM’s conforme coating, inkapseling of inkapseling om assemblages te beschermen tegen vocht, stof, trillingen en corrosie. Deze beschermingsstappen moeten echter worden afgestemd op uw testplan (wat moet worden getest vóór het coaten en wat erna).

Al het bovenstaande is de reden waarom de beste resultaten meestal voortkomen uit het behandelen van PCB-assemblage en -testen als onderdeel van het ontwerpproces – en niet als een bijzaak zodra de lay-out voltooid is.

Bij het selecteren van een printplaattechnologie moet u rekening houden met de grootte, betrouwbaarheid, unit-economie en leveringscontinuïteit. Dit zijn de overwegingen die het vaakst van invloed zijn op de kosten, opbrengst en time-to-scale.

Veel vermijdbare problemen verschijnen op de productie-interface:

Het vroeg inschakelen van elektronicaproductiediensten vermindert vaak het aantal re-spins en versnelt de NPI, omdat het assemblageproces, de inspectiepunten en de testvereisten in kaart worden gebracht op het ontwerp voordat het wordt bevroren.

Het is gemakkelijk om alleen de offerte voor de fabricage van het bord te vergelijken. Maar de werkelijke eenheidseconomie weerspiegelt de opbrengst, het herbewerkingspercentage, de testtijd en hoe soepel u kunt opschalen:

Dit is waar de productie- en assemblagekeuzes van printplaten elkaar kruisen – en waarom ervaren partners in de productie van elektronica vaak evenveel vragen stellen over de teststrategie en de omgeving als over het aantal lagen.

EC Electronics biedt end-to-end productiediensten voor elektronica, waaronder PCB-assemblage voor OEM’s die betrouwbare, herhaalbare bouwkwaliteit nodig hebben, van prototype tot productie.

Met 40 jaar ervaring als fabrikant van printplaten ondersteunt EC alles, van basisassemblages tot complexere vereisten, waaronder flexibele circuits, thermische substraten en PCB’s met blinde en ondergrondse via’s, ondersteund door een gevestigd componentsourcingnetwerk en gecontroleerde opslag voor vochtgevoelige onderdelen.

Onze PCB-productiecapaciteit omvat opbouwmontage en geplateerde through-hole assemblage in onze faciliteiten in Groot-Brittannië en Roemenië, met behulp van snelle processen en ultramoderne convectie-reflow- en golfsoldeerapparatuur.

De belangrijkste mogelijkheden zijn onder meer:

Onze SMT-lijnen kunnen BGA-onderdelen en apparaten met een fijne pitch plaatsen, en onze through-hole-processen ondersteunen assemblages die worden gebruikt in kritische toepassingen, zoals transformatoren, koellichamen, RF-schilden en connectoren.

Kwaliteit is in het proces ingebouwd, waarbij getrainde operators complexe borden assembleren volgens IPC-A-610 klasse 3 en inspectie met behulp van 3D AOI. Ons kwaliteitsmanagementsysteem is ook ATEX-gecertificeerd en ondersteunt intrinsieke veiligheidseisen voor potentieel explosieve atmosferen.

Om uw volgende PCB-project te bespreken, spreek vandaag nog met ons team om uw vereisten te bespreken.