Hoe een professioneel ogende PCB te ontwerpen: Tips voor het gebruik van silkscreen en panelisatie

Wanneer je een printplaat ontwerpt, is het belangrijk om aandacht te besteden aan de details die de afdrukken op de plaat visueel verbeteren en tegelijkertijd functioneel blijven. Een techniek die veel wordt gebruikt door fabrikanten zoals Arduino, is het gebruik van silkscreen om de ontwerpdetails van de printplaat naar voren te brengen. Dit zorgt niet alleen voor een esthetisch aantrekkelijke afwerking, maar maakt de assemblage ook gemakkelijker door belangrijke informatie duidelijk zichtbaar te maken.

Het gebruik van silkscreen labels op je PCB is essentieel, maar het is belangrijk de grootte van de lettertypes zorgvuldig te kiezen. Te grote tekst kan de componenten overlappen, terwijl te kleine tekst slecht leesbaar kan zijn voor de printer. Zorg ervoor dat alle aanduidingen goed leesbaar zijn in ten minste twee richtingen, zodat het draaien van de bord niet nodig is om te lezen. Dit voorkomt dat je constant je printplaat moet draaien tijdens de assemblage of inspectie.

Het gebruik van een markering voor pin 1 is cruciaal, vooral bij SMD-componenten zoals chips. Hoewel sommige ontwerpers ervoor kiezen om een vierkant met een afgesneden hoek te gebruiken om de positie van pin 1 aan te geven, is het raadzaam ook een silkscreen stip naast pin 1 toe te voegen. Dit maakt het gemakkelijker om de positie van pin 1 te identificeren, zelfs na de assemblage. Bij gepolariseerde componenten, zoals elektrolytische condensatoren en diodes, is het van belang om de polariteit duidelijk aan te geven op de PCB. Dit kan gedaan worden door een plus- en min-teken te plaatsen bij respectieve polen, buiten de footprint van de componenten.

Daarnaast is het handig om het versienummer en de datum van de PCB op de silkscreen laag te vermelden, zodat je verschillende versies van een ontwerp gemakkelijk kunt onderscheiden. Dit helpt bij het beheren van meerdere iteraties van een bord en voorkomt verwarring tijdens de productie. Dit soort gegevens kunnen een belangrijk hulpmiddel zijn voor een efficiënte productie, vooral bij het werken met meerdere revisies van hetzelfde ontwerp.

Een ander belangrijk aspect van PCB-ontwerpen is het gebruik van 'copper thieving'. Dit is een techniek waarbij onbenutte gebieden op de PCB worden gevuld met koperen patronen. Copper thieving wordt toegepast om de gelijkmatige verdeling van koper te waarborgen tijdens het productieproces. Zonder deze techniek kunnen problemen zoals kromtrekken of een ongelijke dikte van de koperlaag optreden, wat resulteert in een defecte printplaat. Door je signaal lagen volledig te vullen met grond kan je deze problemen voorkomen.

PCB-fabricage maakt gebruik van een proces waarbij meerdere borden op één groot paneel worden geplaatst. Dit wordt panelisatie genoemd. Het doel van panelisatie is om zoveel mogelijk PCB’s op een enkel productiepaneel te plaatsen, zodat de productiekosten per bord worden geminimaliseerd. Dit wordt echter alleen relevant als je werkt met grotere productievolumes. In prototyping of bij kleine series, zal de fabrikant de panelisatie voor je regelen.

Het ontwerp van een goede panelisatie gaat verder dan simpelweg zoveel mogelijk borden op een paneel plaatsen. Er moet rekening gehouden worden met de tabjes en perforaties die later gebruikt worden om de borden te scheiden, evenals met de productieapparatuur die de borden verwerkt. Dit alles moet zorgvuldig worden gepland om problemen zoals flexen of vibratie van de borden in de pick-and-place machine te voorkomen. Een goed ontworpen PCB-paneel heeft doorgaans een gebruik van ongeveer 70 procent, waarbij de rest wordt verspild door ruimte tussen de borden en de randen van het paneel.

Wanneer je begint met het paneliseren van je ontwerp, is het essentieel gebruik te maken van V-grooving, een techniek die door veel fabrikanten wordt aangeboden. Dit maakt het gemakkelijker om de afzonderlijke borden na productie van het paneel te scheiden.

Het zorgvuldig ontwerpen van de silkscreen-laag en het doordachte gebruik van panelisatie zijn cruciaal voor de kwaliteit en de efficiëntie van je PCB-productie. Het nemen van de tijd om deze details goed te plannen kan niet alleen helpen om kosten te besparen, maar zorgt ook voor een hogere kwaliteit van het eindproduct.

Hoe kostenbesparing te realiseren in elektronisch ontwerp en PCB-productie

Een veelgebruikte benadering voor kostenbesparing is het gebruik van arrays voor componenten. In plaats van elke weerstand individueel te plaatsen, kunnen weerstanden in arrays worden gegroepeerd, wat het aantal unieke onderdelen in de Bill of Materials (BOM) verlaagt. Dit lijkt eenvoudig, maar er zijn nuances die invloed kunnen hebben op het uiteindelijke resultaat. Bijvoorbeeld, als je vijf weerstanden van 10 kΩ hebt op een PCB en vier van deze weerstanden dicht genoeg bij elkaar liggen om een array te gebruiken, verhoog je het aantal unieke onderdelen met één. Dit komt doordat de 10 kΩ weerstanden nu zowel individueel als in een array moeten worden opgenomen. In sommige gevallen kan het voordeliger zijn om arrays te gebruiken, zelfs als niet elke weerstand in de array noodzakelijk is. Dit vraagt echter wel om een kostenanalyse, omdat weerstandsarrays doorgaans duurder zijn dan individuele weerstanden.

Voor ESD-bescherming kan het soms voordeliger zijn om twee ESD-dioden in serie te stapelen, dan één diode met een hogere bescherming. Dit biedt niet alleen een goedkopere oplossing, maar kan ook de bescherming tegen electrostatische ontlading verder verbeteren.

Naast componentkeuzes heeft ook het ontwerp van de PCB een grote invloed op de kosten. Het gebruik van gestandaardiseerde ontwerpeisen, zoals de minimale breedte van sporen, ruimte tussen koperen lagen en de grootte van via's, zorgt ervoor dat de productie van de PCB eenvoudiger en goedkoper wordt. Het niet naleven van deze regels kan leiden tot hogere kosten door het gebruik van geavanceerdere technieken zoals blind via's of micro-via's. Deze technieken kunnen de kosten flink verhogen, vooral als de productie zich uitbreidt naar meerdere lagen en complexe ontwerpen.

Een belangrijke factor bij het verlagen van de kosten is het optimaliseren van de PCB voor efficiënte panelisatie. Dit houdt in dat je zoveel mogelijk kopieën van de PCB op een productiepanel plaatst, zodat het materiaalverspilling wordt geminimaliseerd. Het formaat van de PCB heeft hierbij een aanzienlijke invloed: een bord van 5×7 inch past beter in een standaard productiepaneel dan een 5.8×6 bord, wat de kosten per vierkante inch verlaagt.

Het aantal lagen van een PCB heeft eveneens invloed op de productiekosten. Een tweelaagse PCB is doorgaans goedkoper dan een vierlaagse, en een zes- of achtlaagse PCB kan tot twee keer zo duur zijn. Het is cruciaal om het aantal lagen te beperken tot wat absoluut noodzakelijk is. Het gebruik van grond- en stroomvlakken naast signaalvlakken is essentieel voor de prestaties, maar wanneer je probeert lagen te besparen, kunnen EMC-problemen (elektromagnetische interferentie) de kosten op de lange termijn verhogen.

Wat betreft de assemblage, kan het ontwerp van de PCB in veel gevallen eenvoudiger en goedkoper worden uitgevoerd door het aantal componenten op de boven- of onderzijde te minimaliseren. Het beperken van het gebruik van doorvoertechnologie in combinatie met oppervlakmontage-componenten (SMD) bespaart tijd en geld bij de assemblage, omdat de hele PCB maar één keer hoeft te worden gereflowd. Het mengen van doorvoertechnologie met SMD-componenten verhoogt de kosten, aangezien het assemblageproces beide technologieën vereist. Daarnaast kan het gebruik van een mix van oppervlak- en doorvoergemonteerde componenten de noodzaak voor manuele assemblage of selectief golfsolderen veroorzaken, wat extra kosten met zich meebrengt.

Het materiaal van de PCB-substraat kan ook een belangrijke factor zijn in de kosten, vooral bij RF-ontwerpen waar specifieke eigenschappen zoals de relatieve permittiviteit en verliesfactor vereist zijn. Een kostenefficiëntere oplossing kan zijn om modules te gebruiken, waarbij het dure substraat alleen wordt gebruikt voor het gedeelte van de schakeling dat dat nodig heeft. Dit kan een goedkopere oplossing zijn dan het volledige ontwerp op het dure substraat te bouwen, vooral voor grotere ontwerpen.

In het algemeen is het belangrijkste punt dat elke ontwerpkeuze, van componentselectie tot lay-outopties, invloed heeft op de uiteindelijke kosten van het product. Het vereist een zorgvuldige afweging tussen kostenbesparingen op korte termijn en potentiële langetermijngevolgen, zoals verhoogde complexiteit in productie of assemblage. Het is essentieel om bij het ontwerpen niet alleen naar de goedkoopste componenten te kijken, maar ook naar de kosten die gepaard gaan met de productie en assemblage van de PCB.

Welke apparatuur is essentieel voor een goed werkstation in de elektronica?

Ongeacht welke microscoop je gebruikt, is het belangrijk om de focus op elke lens individueel af te stellen voordat je de hoogte van de microscoop aanpast, zodat beide ogen scherp zijn. Het kan in het begin moeilijk te merken zijn als één oog niet helemaal scherp is, maar na een dag werken kan het een vervelende hoofdpijn veroorzaken. Het is ook belangrijk om de microscoop parfocal te stellen voordat je begint te werken. Dit zorgt ervoor dat het beeld scherp blijft, zelfs als je de zoom aanpast. Om dit te doen, leg je je werkstuk onder de microscoop, zoom je helemaal in en stel je de focus in totdat het object scherp is. Vervolgens zoom je uit en gebruik je de diopterringen om elk oog scherp te stellen. Wanneer dit goed is ingesteld, zou je in staat moeten zijn om in- en uit te zoomen zonder dat het beeld onscherp wordt.

Elke werkplaats heeft ook een bankklem nodig om printplaten en andere kleine werkstukken vast te houden. De meeste mensen kiezen voor Panavise-producten, aangezien deze specifiek ontworpen zijn om een printplaat stevig vast te houden. Je kunt ook een "derde hand" gebruiken. Het meest gangbare type heeft twee krokodillenbekken die aan flexibele armen zijn bevestigd, en een vergrootglas dat aan een derde flexibele arm is bevestigd. Deze kunnen je helpen om draden en printplaten te positioneren terwijl je eraan werkt. Het is een handig hulpmiddel voor het positioneren van objecten op manieren die met een gewone bankklem niet mogelijk zijn.

Naast de basisuitrusting is het gebruik van een pneumatische dispenser voor soldeerpasta een aanrader, vooral wanneer je regelmatig soldeerpasta aanbrengt met een spuit. Dit is veel gemakkelijker voor je hand en duim en maakt het mogelijk om de pasta nauwkeuriger aan te brengen. Een pneumatische dispenser vereist een luchtdrukregelaar, die je kunt instellen om de snelheid van de soldeerpasta te regelen. Je hebt ook een luchtcompressor nodig om de dispenser van lucht te voorzien, en het is raadzaam een stille compressor aan te schaffen om geluidsoverlast te voorkomen. Met de juiste apparatuur kun je de snelheid en hoeveelheid van de soldeerpasta die je aanbrengt veel nauwkeuriger controleren.

In een goed ingerichte werkplaats is de opslag van onderdelen net zo belangrijk als de gereedschappen zelf. Je zult merken dat wanneer je steeds meer onderdelen verzamelt, een systematische opslagoplossing cruciaal wordt om chaos en inefficiëntie te voorkomen. Zorg ervoor dat je opslagoplossingen duidelijk en goed georganiseerd zijn, zodat je altijd snel het juiste onderdeel kunt vinden.