Een onmisbare stap in de ontwikkeling van elk elektronisch product is het testen van componenten onder realistische omstandigheden. Het is cruciaal om dit te doen met behulp van een evaluatieboard, vooral wanneer een component in de buurt van zijn maximale specificaties wordt gebruikt. Deze borden zijn vaak gratis beschikbaar via verkoopingenieurs of kunnen afzonderlijk worden aangeschaft. Als de kosten een obstakel vormen, zijn de gerber- en productiebestanden meestal publiekelijk beschikbaar of op aanvraag te verkrijgen, waardoor je zelf een board kunt fabriceren.

Het doel is niet alleen om te verifiëren of de datasheet de waarheid spreekt, maar ook om zeker te zijn dat het onderdeel in de praktijk presteert zoals verwacht. Zonder deze stap kan men geen gefundeerde beslissing nemen over massaproductie of grootschalige inkoop.

Kristaloscillatoren en externe frequentiebronnen voor IC’s vormen een typisch voorbeeld waarbij tests essentieel zijn. Datasheets geven vaak exacte parameters voor oscillatoren, inclusief aanbevolen partnummers. Echter, deze aanbevelingen zijn niet altijd actueel; onderdelen kunnen end-of-life zijn of simpelweg niet meer beschikbaar. Vertrouwen is goed, maar controle is noodzakelijk – vooral via een geautoriseerde distributeur.

Bij kristaloscillatoren is het gebruik van shuntcondensatoren vereist voor correcte werking. Hun waarde wordt óf gespecificeerd in de datasheet, óf moet worden berekend. Een waardevolle bron hiervoor is de toepassingsnota AN2867 van ST Microelectronics, oorspronkelijk gericht op STM32- en STM8-microcontrollers maar rijk aan algemeen toepasbare inzichten. De algemene richtlijn: gebruik NP0/C0G-condensatoren en compenseer indien nodig voor parasitaire capaciteiten tussen condensatorpootjes en het aardvlak van de printplaat door de capaciteit 1 à 2 pF te verlagen. Binnen enkele pF afwijking functioneert het kristal doorgaans naar behoren.

Indien je een kristal buiten zijn opgegeven temperatuurbereik gebruikt, is het noodzakelijk om de werking onder die condities zelf te karakteriseren. Activiteitsdips — plotselinge stijgingen in weerstand — kunnen optreden binnen zeer smalle temperatuurbereiken en veroorzaken frequentieafwijkingen tot 20 ppm. Zulke dips worden zelden vermeld in datasheets, maar kunnen fasevergrendeling in gevoelige systemen verstoren.

Veroudering is een andere factor die frequentie beïnvloedt: kristallen verschuiven geleidelijk in resonantiefrequentie, typisch met 5 ppm in het eerste jaar en cumulatief 10 tot 20 ppm over tien jaar. Hoewel dit effect klein is, is het voor precisiereferenties niet verwaarloosbaar. Temperatuur speelt hierbij geen rol.

Een alternatief zijn siliciumoscillatoren, gebaseerd op MEMS-structuren. Ze bieden voordelen zoals een compact formaat, programmeerbare frequenties (1 kHz tot 170 MHz) en ingebouwde EMI-reductie. Voor 2018 konden deze apparaten falen bij blootstelling aan helium – een incident met MRI-installateurs en defecte iPhones illustreerde dit treffend. Fabrikanten hebben sindsdien beschermende verpakkingen ontwikkeld die heliumproblemen voorkomen. Toch blijft het verstandig om een siliciumoscillator te kiezen die bestand is tegen omgevingen met kleine gasmoleculen, vooral voor toepassingen in industriële of medische apparatuur.

Bij voedingstoepassingen moet je een nauwkeurige vermogensbalans opstellen. Bereken het minimaal en maximaal stroom- en vermogensverbruik van elk onderdeel en kies voedingen die minstens 10% boven die waarden kunnen leveren. Houd ook rekening met warmteafvoer: geen enkel onderdeel mag meer dissiperen dan gespecificeerd.

Voor spanningsconversie zijn geschakelde voedingen of DC/DC-converters de efficiëntste oplossing, zeker bij hoge vermogens. Transport bij hoge spanning verlaagt de stroom en dus het energieverlies over kabels of printsporen. De spanningsreductie aan het eind vereist echter een goed ontworpen geschakelde voeding. TI’s online tool WEBENCH helpt bij het simuleren van schakelingen en selecteren van geschikte IC’s.

Een correcte layout is daarbij van vitaal belang: verkeerde spoelkeuze, onvoldoende uitgangscondensatoren of slechte plaatsing kunnen leiden tot instabiliteit. Volg daarom nauwgezet de aanbevelingen uit de toepassingsnota’s en gebruik waar mogelijk dezelfde onderdelen.

Geluiden onder 20 kHz, veroorzaakt door het piezo-elektrisch gedrag van condensatoren en de fysieke beweging van spoelen, kunnen hoorbaar worden. Door de schakelingsfrequentie boven 20 kHz te houden, verschuif je het geluid buiten het menselijke gehoorbereik. Toch moet dit niet de enige reden zijn voor frequentiekeuze. Hogere frequenties vereisen kleinere inductoren maar verhogen ook de schakelverliezen. Er is dus altijd een compromis tussen efficiëntie, grootte en ruisgedrag.

Bij veel moderne voedingen bepaalt het IC zelf de schakelingsfrequentie en schrijft het een specifieke spoelwaarde voor om de prestaties uit de datasheet te behalen. De fysieke grootte van deze spoel is vaak een bepalende factor, vooral bij ruimtebeperkte ontwerpen. Tools zoals WEBENCH kunnen IC’s filteren op vereiste layout-oppervlak, inclusief componentgrootte.

Wat hierbij essentieel is om te begrijpen: elke component wordt geleverd met beloften in de datasheet, maar pas in de context van een echt ontwerp – met ruis, temperatuurschommelingen, productievariaties en omgevingsinvloeden – blijkt hoe het zich werkelijk gedraagt. Alleen door componenten te evalueren in een realistische testopstelling en diepgaande karakterisatie bij grenscondities kun je een betrouwbaar, schaalbaar en reproduceerbaar eindproduct realiseren.

Wat je moet weten over V-groeven en het depaneliseren van PCBs

Bij het ontwerpen van printplaten (PCBs) is het essentieel om rekening te houden met de manier waarop de afzonderlijke borden van een paneel kunnen worden gescheiden na assemblage. Een populaire methode is het aanbrengen van een V-vormige groef langs de randen van de PCB, zowel aan de boven- als onderkant. Dit maakt het mogelijk om de borden eenvoudig met de hand van elkaar te trekken zonder het gebruik van een zaag of een andere zware bewerking, zoals frezen. Het voordeel van deze techniek is dat er weinig kracht nodig is om de borden te scheiden, en dat de randen relatief schoon blijven. Dit is belangrijk omdat de afwerking van de randen een invloed heeft op de prestaties en het uiterlijk van het eindproduct.

Wanneer je de PCB's test nadat ze zijn gemonteerd, maar nog steeds als een paneel zijn geconfigureerd, kun je ervoor kiezen om de borden met een frees te scheiden, of, wanneer het paneel V-gevormd is, ze gewoon met de hand af te breken. Het breken van de borden met de hand voorkomt de trillingen en het stof die vaak optreden bij het frezen. Dit kan vooral voordelig zijn in situaties waarin nauwkeurigheid en schone werkomstandigheden belangrijk zijn, bijvoorbeeld bij het werken met delicate componenten of gevoelige processen zoals solderen.

Er zijn echter enkele nadelen aan het gebruik van V-groeven. Een belangrijke overweging is dat de V-groeven extra materiaal aan de randen van het bord kunnen toevoegen, wat mogelijk invloed heeft op de plaatsing in een behuizing. Bovendien kunnen de machines die V-groeven aanbrengen geen bochten maken zoals een freesmachine dat kan, wat betekent dat de groeven altijd van rand tot rand moeten doorlopen. Dit maakt de techniek niet geschikt voor zeer dunne borden, die doorgaans een dikte van meer dan 3 mm vereisen. Daarnaast moet je voorzichtig zijn met het plaatsen van hoge componenten in de buurt van de V-groeflijn, aangezien deze componenten de scheidingslijn kunnen verstoren en mogelijk beschadigd raken tijdens het proces.

Als het ontwerp van de PCB geen rechthoekige vorm heeft, kan een andere techniek, zoals het gebruik van een uitgeslepen sleuf gecombineerd met een V-groef, nuttig zijn. Deze techniek maakt het mogelijk om niet-rechthoekige borden in een rechthoekig paneel te plaatsen, wat het depaneliseren vergemakkelijkt zonder complexe zaagsneden.

Naast V-groeven zijn er andere methoden voor het depaneliseren van PCB's, zoals het gebruik van tabbladen. Er zijn solide tabbladen, die mechanisch robuust zijn maar die moeten worden uitgeslepen met een frees of laser, en geperforeerde tabbladen, ook wel breakaway tabs genoemd. Geperforeerde tabbladen hebben kleine gaatjes die het gemakkelijk maken om de tab met de hand of met een tang te breken. Het is belangrijk om bij deze methode de componenten en koperen sporen minstens 100 mil van de perforatiegaten te houden, aangezien de kracht die op de tabbladen wordt uitgeoefend schade kan veroorzaken aan gevoelige componenten zoals MLCC-condensatoren.

Als het ontwerp van de PCB bedoeld is om te worden golfsolderd in plaats van gereflowd, moet je er ook voor zorgen dat er geen grote gaten of open ruimtes in het paneel zijn, omdat deze de golfsolder mogelijk over de rand kunnen laten vloeien, wat schade aan de bovenkant van de borden kan veroorzaken. Om dit te voorkomen, moeten gaten die groter zijn dan 600 vierkante mil de zogenaamde knock-outtechniek gebruiken, waarbij een sectie van de PCB zonder componenten of sporen wordt weggesneden na het depaneliseren.

De meest primitieve methode om borden van een paneel te scheiden is het gebruik van een hacksaw of bandsaw, hoewel dit alleen raadzaam is als je slechts een klein aantal borden hebt en geen geavanceerde depanelingtools beschikbaar zijn. Deze techniek vereist echter zorgvuldige planning om te voorkomen dat koperlagen met elkaar in contact komen en kortsluitingen veroorzaken. Ook moeten de panelen voorzien zijn van gereedschapsgaten voor testjigs en geautomatiseerde assemblagemachines, en deze moeten strategisch worden geplaatst om een juiste uitlijning tijdens de assemblage te waarborgen.

Bij het ontwerpen van een PCB voor massaproductie is het belangrijk om de assemblage in overweging te nemen. Het vergemakkelijken van het solderen van componenten op de PCB zorgt niet alleen voor hogere rendementen, maar maakt het ook gemakkelijker om eventuele wijzigingen door te voeren tijdens het prototypingproces of om defecten te repareren in de productie. Dit geldt zowel voor handmatige als voor automatische assemblageprocessen.

Een belangrijk aspect van de assemblage is het gebruik van fiducialen. Dit zijn visuele markers die door de pick-and-place machines worden gebruikt om de oriëntatie en de coördinaten van de PCB correct te identificeren. Het plaatsen van fiducialen is essentieel om een nauwkeurige plaatsing van componenten te waarborgen, vooral bij grotere chips zoals FPGAs of processors. Het gebruik van fiducialen op zowel het paneel als op de individuele PCB's zelf is noodzakelijk voor een vlekkeloze assemblage.

Tot slot, bij het ontwerpen van een PCB voor massaproductie, moet je rekening houden met alle aspecten die het productieproces kunnen vergemakkelijken en zorgen voor een langere levensduur en hogere betrouwbaarheid van de eindproducten. Goed doordachte depanelisatieopties, het juiste gebruik van fiducialen en het optimaliseren van het ontwerp voor assemblage zijn allemaal cruciaal voor een succesvol product.

Hoe kies je de juiste conformale coating voor elektronische printplaten?

De keuze van het juiste type conformale coating voor elektronische printplaten (PCB’s) is van cruciaal belang om de functionaliteit en levensduur van een apparaat te waarborgen. Dit proces vereist aandacht voor verschillende factoren, zoals temperatuur, vochtigheid, en de mogelijkheid van herbewerking. Conformale coatings beschermen printplaten tegen verschillende omgevingsfactoren zoals vocht, chemische invloeden en mechanische schade, maar het type coating dat gekozen wordt, moet de specifieke eisen van de toepassing kunnen weerstaan.

Verschillende soorten coatings hebben verschillende temperatuurbereiken en beschermende eigenschappen. Acrylic coatings zijn bijvoorbeeld zeer geschikt voor toepassingen die bescherming tegen corrosie nodig hebben, met een temperatuurbereik van -65°C tot 125°C. Ze bieden goede bescherming tegen condensatie en zijn eenvoudig te verwijderen met een oplosmiddel zoals aceton. Epoxy coatings, die een temperatuurbereik van -40°C tot 125°C hebben, bieden uitstekende bescherming tegen vocht maar zijn moeilijker te verwijderen en kunnen breken bij mechanische belasting.

Aan de andere kant biedt Parylene, met een temperatuurbereik van -65°C tot 200°C, uitstekende bescherming tegen zowel vocht als chemische invloeden, maar heeft het als nadeel dat het vrijwel onmogelijk te verwijderen is na applicatie. Silicone coatings bieden ook uitstekende bescherming tegen temperatuur (van -70°C tot 200°C), maar ze kunnen uitgassen, vooral bij RTV (room-temperature vulcanized rubber), wat kan leiden tot corrosie als de coating niet volledig uitgehard is.

Wanneer je kiest voor een conformale coating, moet je niet alleen rekening houden met de temperatuur- en vochtbestendigheid, maar ook met de mogelijkheid van herbewerking. Coatings zoals epoxy en urethaan kunnen moeilijk te verwijderen zijn, wat een probleem kan vormen wanneer het nodig is om onderdelen van de PCB opnieuw te bewerken of te repareren. Als herbewerking geen prioriteit heeft, kan een harder en duurzamer coatingmateriaal de voorkeur hebben, maar als reparatie mogelijk moet zijn, is een coating die gemakkelijker te verwijderen is, zoals acryl, wellicht geschikter.

Er zijn gevallen waarbij het niet mogelijk of wenselijk is om een conformale coating aan te brengen. Bijvoorbeeld, een barometer IC die gebruikt wordt om omgevingsdruk te meten, heeft een klein gaatje dat nodig is om de druk te detecteren. Het aanbrengen van een conformale coating over dit IC zou de werking verstoren. Evenzo moeten bepaalde onderdelen die niet zijn gemarkeerd als ‘no-clean’ veilig gecoat kunnen worden, terwijl het gebruik van een gesealde behuizing in sommige gevallen een beter alternatief kan zijn.

Potting is een ander alternatief voor conformale coating. Het proces van potting omvat het vullen van de behuizing rond de PCB met een rubberachtige of starre hars. Hoewel dit materiaal moeilijk te verwijderen is, kan het bescherming bieden tegen pogingen tot reverse-engineering, omdat het moeilijk is om de componenten of bedrading te bekijken zonder de behuizing te beschadigen. Het nadeel van potting is dat het repareren van een PCB na het aanbrengen van pottingmateriaal bijna onmogelijk wordt. Sommige soorten pottingmaterialen kunnen worden verwijderd met oplosmiddelen zoals aceton of door verhitting, maar dit kan de PCB zelf beschadigen.

Daarnaast is het belangrijk ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen aanwezig zijn in het pottingmateriaal, vooral als de apparaten worden blootgesteld aan een breed scala aan drukomstandigheden. Luchtzakken kunnen uitzetten en beschadigen de printplaat. Het uithardingsproces van pottingmaterialen kan ook invloed hebben op de assemblagetijd, omdat sommige materialen een lange uithardingstijd vereisen. Light-curable materials (LCMs) kunnen een oplossing bieden, aangezien ze snel uitharden onder UV-licht, waardoor ze de assemblage versnellen.

Na de assemblage moeten PCB’s vaak gereinigd worden met een oplosmiddel zoals isopropylalcohol om overtollige flux en verontreinigingen te verwijderen. Sommige componenten zijn echter gevoelig voor dergelijke reinigingsprocessen en kunnen worden beschadigd. Deze componenten worden vaak aangeduid als "no-clean" in de datasheets en moeten voorzichtig behandeld worden om schade te voorkomen. Het reinigen van PCB’s met batch- of automatische reinigingssystemen vereist specifieke aandacht voor gevoelige componenten.

Daarnaast moeten alle componenten goed worden opgeslagen om defecten te voorkomen. Overmatige vochtigheid in de verpakking van geïntegreerde schakelaars kan bijvoorbeeld leiden tot een fenomeen dat “popcorning” wordt genoemd, waarbij water in de chip uitzet en het component beschadigt. Het is essentieel om onderdelen in een gecontroleerde, vochtvrije omgeving te bewaren voordat ze in de assemblage worden gebruikt. Het gebruik van een droogbox kan de timer voor de levensduur van een component pauzeren, wat de kans op beschadigingen vermindert.

In omgevingen met grote hoeveelheden onderdelen, zoals bij massaproductie, kunnen methoden zoals bakken of het gebruik van droge opbergdozen essentieel zijn om de componenten veilig te houden. De keuze van opslagmethoden is van invloed op de efficiëntie van het assemblageproces en het rendement van de productie.

Tot slot, bij het assembleren van PCB’s is het essentieel om elektrostatische ontlading (ESD) te vermijden. Het gebruik van een alfa-ionisator kan helpen om statische ladingen te neutraliseren, waardoor de kans op schade door ESD wordt verminderd. Het gebruik van geioniseerde lucht voorkomt dat de lucht die uit een compressor komt een statische lading opbouwt, wat kan leiden tot schade aan de PCB.

Hoe de China-strategie van Trump werd gevormd: conflicten, macht en het falen van een coherente visie
Hoe herinnert een plek haar verleden en wat betekent dat voor ons begrip van identiteit?
De Gevaren van Eenvoudige Mannenbeelden in de Evangelicale Literatuur