De ultieme gids voor componenten voor printplaten – soorten, keuze en montage
Printplaten vormen de basis van de meeste elektronische apparaten op de markt. Bij de fabricage ervan moeten we de juiste componenten voor printplaten kiezen om de gewenste prestaties te bereiken.
Daarom is kennis van de werking ervan van cruciaal belang om elektronica te begrijpen en zelf apparaten in elkaar te zetten.
In de volgende handleiding wordt uitgelegd hoe u de juiste printplaatcomponenten kunt kiezen voor het beoogde gebruik.
Soorten componenten voor printplaten
Printplaten bestaan uit verschillende componenten, die in complexiteit variëren. Hier volgt een overzicht van de meest voorkomende soorten componenten op printplaten:
1. Passieve componenten
Passieve componenten zijn componenten die geen eigen stroombron hebben. Ze nemen energie op uit de stroombron, maar wekken zelf geen spanning of stroom op. Passieve componenten kunnen bestaan uit halfgeleiders of isolatoren.
Doel
Passieve componenten hebben drie functies:
- Door de stroom in een stroomkring te verminderen, neemt de weerstand ervan toe.
- Beperking van de circuit-spanning.
- Energie opslaan in de vorm van een elektrisch veld of een magnetisch veld.
Veelgebruikte materialen
- Koper
- Nikkel
- Zilver
- Palladium
Voordelen
De voordelen van passieve componenten voor printplaten zijn onder meer:
- Deze zijn relatief goedkoop.
- Licht van gewicht en compact.
- Dit kan in één chip of op een printplaat worden geïntegreerd met andere componenten.
- Vanwege hun lage verliezen kunnen passieve componenten, in tegenstelling tot actieve componenten, over een breed frequentiebereik (10 Hz tot 100 kHz) worden gebruikt.
Toepassingen
- Voedingen: Wordt gebruikt in gelijkrichters, condensatoren en filters.
- Audioversterkers: Wordt gebruikt in filters, condensatoren en spoelen.
- Filters: Wordt gebruikt in condensatoren, spoelen en weerstanden om ongewenste frequenties te filteren.
- Medische hulpmiddelen: Wordt gebruikt in sensoren en bewakingsapparatuur.
- Lucht- en ruimtevaarttechnologie: Wordt gebruikt in sensoren, navigatiesystemen en communicatieapparatuur.
- Industriële automatisering: Wordt gebruikt in sensoren, schakelaars en besturingssystemen.
Veelvoorkomende soorten
De meest voorkomende soorten passieve componenten zijn onder meer:
- Weerstanden worden gebruikt om de stroomdoorvoer in een circuit te beperken door warmte of weerstand te genereren wanneer er stroom doorheen gaat.
- Condensatoren elektrische energie opslaan door een tegengestelde lading op te bouwen op twee geleidende platen die van elkaar zijn gescheiden door een isolator, zoals lucht of plastic.
- Inductoren een elektromagnetisch veld om zich heen opwekken wanneer er stroom doorheen gaat.
2. Actieve componenten
Actieve componenten zijn de onderdelen van een schakeling die een bepaalde functie vervullen. Dit kunnen transistors, diodes of versterkers zijn.
In een eenvoudige schakeling heeft een actief onderdeel twee aansluitingen: een positieve en een negatieve aansluiting. De positieve aansluiting is meestal op het onderdeel gemarkeerd met een +-teken, terwijl de negatieve aansluiting is gemarkeerd met een –-teken. Het andere uiteinde van het onderdeel heeft ook een aansluitpunt, de zogenaamde basis. Deze heeft doorgaans drie pinnen:
- één voor de voeding,
- één voor de grond,
- en een die is gemarkeerd met een pijl die naar de +-pool wijst.
In de meeste schakelingen worden actieve componenten gebruikt om een bepaalde functie uit te voeren, zoals versterking of schakelen.
Doel
Deze apparaten versterken of schakelaar elektrische signalen met hoge snelheid. Ze kunnen niet alleen de stroomrichting veranderen, maar ook van pad wisselen.
Veelgebruikte materialen
Tot de materialen die worden gebruikt in de actieve componenten van een printplaat behoren:
- Koperfolie of met koper bekleed laminaat (Cu)
- Aluminiumgeleiders worden ofwel rechtstreeks op het substraat gegalvaniseerd, ofwel door middel van galvanisatie bedekt met een dikke laag koper.
- Soldeermasker om blootliggende koperen sporen en contactvlakken af te dekken ter voorkoming van corrosie en kortsluiting
- Fotoresist dat wordt gebruikt als beschermende laag tijdens het etsen en als soldeermasker tijdens het solderen.
Voordelen
Dit zijn enkele voordelen van actieve componenten:
- Kleiner dan passieve componenten
- Zorg voor meer ruimte op de printplaat voor andere componenten.
- Laag stroomverbruik
- Het rendement bij de energieomzetting is hoog. Daardoor kunnen ze meer energie omzetten in elektriciteit dan ze uit externe bronnen verbruiken.
Toepassingen
Hieronder volgen de toepassingen van de actieve componenten op de printplaat:
- Frequentieregeling: Actieve componenten spelen een belangrijke rol bij de frequentieregeling. Hierdoor werkt het apparaat op een bepaalde frequentie.
- Uitbreiding: Versterking is een andere toepassing van actieve componenten. Dit komt doordat de amplitude van het signaal hierdoor toeneemt.
- Spanningsregeling: Een andere toepassing van schakelingen met actieve componenten is spanningsregeling. Ongeacht schommelingen in de ingangsspanning helpen deze schakelingen de uitgangsspanning te regelen.
- Schakelproces: Schakeltoepassingen vormen nog een ander toepassingsgebied van schakelingen met actieve componenten, waarbij we deze gebruiken om een belasting in en uit te schakelen die aangesloten blijft op een wisselstroombron (bron).
Veelvoorkomende soorten
Er zijn tegenwoordig veel verschillende soorten actieve bestanddelen verkrijgbaar. Enkele voorbeelden hiervan zijn:
- Transistors: Ze kunnen worden gebruikt voor versterking en schakeling. Een transistor bestaat uit een emitter, een basis en een collector.
- Diodes: Hierdoor kan er slechts in één richting stroom vloeien. Ze hebben drie aansluitingen (anode, kathode en poort).
Geïntegreerde schakelingen (IC's): Deze siliciumchips bevatten meerdere transistors. De meeste computers gebruiken ze om de centrale verwerkingseenheid (CPU) aan te sturen.
3. Elektromechanische onderdelen
Wanneer een mechanische verandering, zoals het draaien van een motor, wordt veroorzaakt door een elektrisch signaal, is het onderdeel elektromechanisch. Deze onderdelen wekken doorgaans met behulp van elektrische stroom een magnetisch veld op, dat een fysieke beweging teweegbrengt. Tot deze categorie behoren relais en schakelaars van allerlei aard.
Doel
In een printplaat fungeren elektromechanische componenten als geleidende paden tussen twee zijden.
Veelgebruikte materialen
Bij de productie van elektromechanische onderdelen worden veel verschillende materialen gebruikt. Hieronder volgen enkele van de meest voorkomende:
- Metaallegeringen
- Kunststoffen
- Rubber en elastomeren
- Glas
Voordelen
Elektromechanische componenten bieden de volgende voordelen:
- Zorg voor een hoge mate van precisie bij het positioneren en een hoge snelheid.
- Zijn geluidsarm.
- Een lange levensduur; het product gaat jarenlang mee zonder onderhoud of vervanging.
- Eenvoudig te installeren en licht van gewicht.
Toepassingen
- Omzetters: Sensoren, microfoons en luidsprekers maken gebruik van deze apparaten om mechanische bewegingen om te zetten in elektrische signalen.
- Sensoren: Met deze apparaten kunnen temperatuur, druk en beweging worden gemeten in diverse toepassingen, zoals de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart en de medische sector.
- Generatoren: Elektromechanische generatoren, die worden gebruikt in elektriciteitscentrales, windturbines en waterkrachtcentrales, zetten mechanische energie om in elektriciteit.
Veelvoorkomende soorten
Enkele voorbeelden hiervan zijn:
- Relais: Apparaten waarmee een laagspanningscircuit een hoogspanningscircuit kan aansturen; deze worden vaak gebruikt in energie- en industriële toepassingen.
- Schakelaars: Ze kunnen worden gebruikt om elektrische circuits in of uit te schakelen en omvatten drukknop-, tuimel-, draai- en schuifschakelaars.
- Aansluitingen: Verbind twee of meer elektrische circuits met elkaar. Verkrijgbaar in USB-, audio-, video- en voedingsversies. Elektronische apparaten kunnen zonder deze kabels niet goed functioneren.
Hoe kies je de componenten voor een printplaat?
Het eerste wat je moet doen, is bepalen wat je printplaat moet kunnen. Ga je een eenvoudige timer bouwen of een geavanceerde sensor?
Zo kun je beter bepalen welke soorten onderdelen je nodig hebt.
- Functionaliteit: Het kiezen van componenten die aansluiten bij de vereiste functies van de printplaat.
- Afmetingen: Kies componenten die binnen de afmetingen van de printplaat passen.
- Vermogen: Componenten kiezen die aan de stroomvereisten van het circuit kunnen voldoen.
- Beschikbaarheid: Ervoor zorgen dat de benodigde onderdelen gemakkelijk toegankelijk zijn en op voorraad zijn.
- Kosten: De kosten van de onderdelen afwegen tegen het totale budget van het project.
- Betrouwbaarheid: Kies onderdelen waarvan bekend is dat ze betrouwbaar zijn en een lange levensduur hebben.
- De reputatie van de fabrikant: Let bij het kiezen van onderdelen voor uw printplaten op hoe lang het bedrijf al bestaat en hoeveel producten het met succes heeft geleverd. Voor wie op zoek is naar een betrouwbare en ervaren fabrikant van printplaatcomponenten, Langir is een uitstekende keuze.
Ontwerp en lay-out van printplaten
Het kiezen van de juiste componenten voor het ontwerp van printplaten is van cruciaal belang voor optimale prestaties, betrouwbaarheid en kostenefficiëntie. De juiste componentkeuze garandeert bovendien de compatibiliteit en beschikbaarheid van de componenten.
Het is van essentieel belang om advies in te winnen bij een ervaren leverancier bij het kiezen van de juiste componenten voor het ontwerp van uw printplaat.
Beste praktijken voor het ontwerpen van printplaten met verschillende soorten componenten
Hier volgen enkele aanbevolen werkwijzen voor het ontwerpen van printplaten met verschillende soorten componenten:
Passieve componenten:
- Plaats passieve componenten in de buurt van de IC of connector waarmee ze zijn verbonden.
- Passieve componenten die in groepen worden gebruikt, zoals voor filtering of signaalkoppeling, vervullen dezelfde functie.
Actieve bestanddelen:
- Plaats de actieve componenten in het midden van de printplaat om signaalstoringen tot een minimum te beperken.
- Plaats ontkoppelingscondensatoren in de buurt van actieve componenten op de printplaat om ruis te verminderen.
Aansluitingen:
- Plaats de connectoren aan de rand van de printplaat, zodat ze gemakkelijk bereikbaar zijn.
- Richt de connectoren in een vaste richting om een correcte uitlijning te garanderen.
- Zorg voor voldoende ruimte tussen de connectoren om storing te voorkomen.
Voeding en aarding:
- Gebruik een apart vlak voor de voeding en de aarding om ruis tot een minimum te beperken.
- De stroom- en aardingsbanen zijn breed genoeg om de benodigde stroom aan te kunnen.
Hoogfrequente componenten:
- Plaats hoogfrequente componenten op een plek waar ze het effect van parasitaire capaciteit en inductie tot een minimum kunnen beperken.
- Gebruik korte verbindingstrajecten voor hoogfrequente componenten om signaalverlies tot een minimum te beperken.
- Gebruik een speciaal aardvlak om signaalstoringen tot een minimum te beperken.
Montage van printplaten
Bij de assemblage van printplaten worden elektronische componenten op een printplaat gemonteerd om een werkend elektronisch apparaat te maken. Het proces bestaat uit verschillende stappen, waaronder de selectie van componenten, het ontwerp van de printplaat (PCB) en het assemblageproces.
Soorten montagewijzen
Er zijn twee belangrijke methoden voor de assemblage van printplaten:
Doorvoergat
Assemblages met doorvoergaten zijn de meest voorkomende en de eenvoudigste. Ze kunnen met de hand of met geautomatiseerde apparatuur worden gemonteerd.
Oppervlaktebevestiging
Oppervlaktemontage-assemblages zijn moeilijker te monteren vanwege hun kleine afmetingen en de geringe afstand tussen de aansluitpinnen. Ze worden vaak automatisch gesoldeerd met behulp van golfsolderen of reflow-solderen.
Het testen van composietcomponenten vóór de montage en het voorkomen van thermische schokken tijdens het solderen is van cruciaal belang voor oppervlakte-gemonteerde assemblages, omdat deze minder goed bestand zijn tegen thermische belasting dan componenten met doorvoergaten.
Componenten testen vóór de montage
Door de onderdelen van printplaten vóór de assemblage te testen, wordt gewaarborgd dat ze aan de specificaties voldoen en naar behoren functioneren. Dit proces voorkomt kostbare fouten die tot productstoringen kunnen leiden.
Thermische schokken voorkomen tijdens het solderen
Tijdens het soldeerproces kan een thermische schok optreden wanneer de temperatuur van de component te snel verandert. Dit kan schade aan de component of de printplaat veroorzaken. Om een thermische schok te voorkomen, moeten de printplaat en de componenten geleidelijk worden verwarmd en afgekoeld, om zo het risico op schade te verminderen.
Soldeertechnieken en assemblageapparatuur
Tot de soldeertechnieken en -apparatuur behoren golfsolderen, reflow-solderen en handmatig solderen. Afhankelijk van het productievolume en het type te solderen componenten zal de apparatuur variëren.
Problemen met componenten op printplaten oplossen
Componenten op printplaten kunnen verschillende problemen vertonen, zoals storingen, beschadigingen, onjuiste montage en compatibiliteitsproblemen. Voor het oplossen en vaststellen van deze problemen is kennis nodig van verschillende soorten componenten en diagnose-instrumenten.
Veelvoorkomende problemen met componenten op printplaten
Printplaten en hun componenten zijn gevoelig voor de volgende problemen:
- Fout: Overspanning, oververhitting of onjuist gebruik kunnen ervoor zorgen dat onderdelen van de printplaat defect raken.
- Schade: Onderdelen kunnen tijdens het hanteren, de montage of het gebruik beschadigd raken, wat tot storingen in de printplaten kan leiden.
- Onjuiste installatie: Door een onjuiste installatie kunnen problemen zoals omgekeerde polariteit of verkeerde uitlijning optreden.
- Compatibiliteitsproblemen: Sommige componenten op een printplaat zijn mogelijk niet compatibel met de printplaat zelf of met andere componenten.
Problemen oplossen en diagnoses stellen bij verschillende soorten onderdelen
Er zijn diverse meetinstrumenten beschikbaar om problemen met passieve en actieve componenten op te sporen, waaronder multimeters, oscilloscopen en logische analysatoren. Met dit soort instrumenten kan de onderliggende oorzaak worden vastgesteld, zoals defecte componenten of gebroken sporen.
Technieken voor herbewerking
Bij herbewerkingstechnieken worden beschadigde componenten op een printplaat gerepareerd of vervangen. Tot deze technieken behoren onder meer het lossolderen, het gebruik van heteluchtbewerkingsstations en soldeerbouten. Het is van essentieel belang om de juiste herbewerkingstechnieken toe te passen om verdere schade aan de printplaat of de componenten te voorkomen.
De toekomst van componenten voor printplaten
Automatisering, miniaturisatie, en kunstmatige intelligentie (AI) zal van invloed zijn op toekomstige ontwikkelingen op het gebied van printplaatcomponenten.
Naarmate de vraag naar complexere elektronische apparaten toeneemt, is er behoefte aan kleinere, efficiëntere elektronische componenten. Nanotechnologie speelt hierbij een cruciale rol. Bij nanotechnologie wordt gebruikgemaakt van materialen waarvan de afmetingen worden gemeten in nanometer (nm) of miljardsten van een meter.
De voordelen van productietechnieken op nanoschaal zijn talrijk, waaronder
- Kleine verbeteringen in prestaties en efficiëntie die verband houden met de afmetingen
- Verbeterde duurzaamheid en betrouwbaarheid dankzij minder gebreken
- En een lager energieverbruik.
Er zijn AI-systemen ontwikkeld voor gebruik in de transportsector, de gezondheidszorg en andere sectoren. De afgelopen jaren worden op AI gebaseerde systemen steeds vaker ingezet voor geavanceerde taken zoals beeldidentificatie, objectherkenning, spraakherkenning en vertaling, zonder dat menselijke tussenkomst nodig is. Deze systemen bieden inzicht in enorme datasets door patronen te identificeren die mensen niet kunnen begrijpen.
Apparatuur wordt steeds kleiner, terwijl de prestaties dankzij de trend naar miniaturisatie sneller dan ooit toenemen. Door deze ontwikkeling kunnen fabrikanten nu hoogwaardige producten tegen zo laag mogelijke kosten produceren.
Conclusie
De juiste keuze van componenten, het ontwerp en de assemblage zijn cruciaal voor een goede werking van de componenten op printplaten. Om ervoor te zorgen dat uw printplaten aan deze eisen voldoen, is het essentieel om advies in te winnen bij een gerenommeerde en ervaren leverancier zoals Langir.
Met hun expertise op het gebied van paneelschakelaars, schakelpanelen en stroombeveiliging, Langir kan u bij elke fase van het ontwikkelingsproces van printplaten ondersteunen.
