Een geïllustreerde geschiedenis van printplaten

De eerste printplaat (PCB) werd in de jaren 1930 ontwikkeld door Paul Eisler, die techniek studeerde en tijdschriftredacteur was voordat hij zich op elektrotechniek ging toeleggen. Eisler had het idee dat afdrukken op papier voor meer dan alleen kranten kon worden gebruikt. Hij ontwikkelde het idee in een kleine eenkamerflat in Hampstead, Londen.

Moe Abramson

De geschiedenis van printplaten is beïnvloed door vele technologische ontwikkelingen. Enkele van de eerste printplaten werden gemaakt door Moe Abramson, een computeringenieur die hielp bij de ontwikkeling van het auto-assemblageproces. Abramson ontwikkelde ook interconnectiepatronen van koperfolie en dipsoldeertechnieken. Zijn proces werd later verbeterd en zijn werk leidde tot het standaardproces voor de productie van printplaten.

De printplaat is een circuit dat elektronische componenten mechanisch ondersteunt en elektrisch verbindt. Het is meestal gemaakt van twee of meer lagen koperen platen. Het fabricageproces maakt een hogere componentendichtheid mogelijk. De printplaat heeft ook doorgestoken gaten voor elektrische verbindingen. Meer geavanceerde PCB's bevatten ook ingebedde elektronische componenten.

Stanislaus F. Danko

De geschiedenis van printplaten gaat terug tot het midden van de 20e eeuw. Daarvoor hadden elektronische componenten draden en werden ze rechtstreeks op de printplaat gesoldeerd. Het eerste auto-assemblageproces werd ontwikkeld door Moe Abramson en Stanislaus F. Danko, die lid waren van het U.S. Signal Corps. Ze patenteerden dit proces en sindsdien is het de standaardmethode geworden om printplaten te maken.

Gedrukte printplaten zijn een belangrijk onderdeel van elektronische apparaten. Sinds hun bescheiden begin in het midden van de 19e eeuw zijn ze gemeengoed geworden. Hun evolutie is gedreven door de toenemende eisen van de consument. De consumenten van vandaag verwachten onmiddellijke reacties van hun elektronische apparaten. In 1925 ontwikkelde Charles Ducas een proces genaamd "gedrukte draad" om de complexiteit van bedrading te verminderen. Dr. Paul Eisler bouwde de eerste operationele PCB in Oostenrijk in 1943.

Harry W. Rubinstein

De geschiedenis van printplaten is grotendeels bepaald door een man genaamd Harry W. Rubinstein, die van 1927 tot 1946 werkte als onderzoekswetenschapper en leidinggevende bij de Centralab-divisie van Globe-Union. Rubinstein was verantwoordelijk voor verschillende innovaties toen hij bij Centralab werkte, waaronder verbeterde rolschaatsen, bougies en opslagbatterijen. Zijn beroemdste uitvinding was echter het gedrukte elektronische circuit.

De geschiedenis van printplaten begint in de vroege jaren 1900, toen elektronische componenten op een printplaat werden gesoldeerd. De printplaat had gaten voor draden en de draden werden door die gaten gestoken en vervolgens aan de koperen sporen op de printplaat gesoldeerd. In 1949 ontwikkelden Moe Abramson en Stanislaus F. Danko echter een techniek waarbij componentdraden in een interconnectiepatroon van koperfolie werden gestoken en gedompeld werden gesoldeerd. Dit proces werd later overgenomen door het Signal Corps van het Amerikaanse leger en werd uiteindelijk een standaardmanier om printplaten te maken.

SMT-componenten (Surface Mount Technology)

SMT is een technologie waarmee elektronische componenten rechtstreeks op het oppervlak van een printplaat (PCB) kunnen worden aangebracht. Dit zorgt voor een efficiëntere productie en een compacter ontwerp. Het vermindert ook het aantal geboorde gaten, wat kan leiden tot lagere productiekosten. SMT componenten zijn ook robuuster en beter bestand tegen trillingen en schokken.

Het grote voordeel van oppervlaktemontagetechnologie ten opzichte van door-gatcomponenten is dat het in hoge mate geautomatiseerd is en het aantal storingen tijdens het lasproces vermindert. Bovendien zijn SMT componenten veel goedkoper te verpakken dan hun THT tegenhangers, wat betekent dat de verkoopprijs lager is. Dit is een enorm voordeel voor klanten die op zoek zijn naar printplaten in grote volumes.

Meerdere lagen koper

PCB's met meerdere koperlagen zijn opgebouwd uit meerdere lagen koperfolie en isolatiemateriaal. De koperlagen kunnen een doorlopend koperen gebied vormen of ze kunnen afzonderlijke sporen vormen. De geleidende koperlagen zijn met elkaar verbonden door middel van vias, dunne kanalen die stroom kunnen geleiden. Deze geleidende lagen worden vaak gebruikt om EMI te verminderen en een duidelijk stroomretourpad te bieden. Hieronder staan enkele voordelen van het gebruik van koper op printplaten.

Meerlagige printplaten zijn duurder dan enkellaags printplaten. Ze zijn ook complexer om te maken en vereisen een ingewikkelder productieproces. Ondanks de hoge kosten zijn ze populair in professionele elektronische apparatuur.

Elektromagnetische compatibiliteit

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) is een belangrijk aspect van het ontwerp van een product. EMC-normen zijn een voorwaarde voor een veilige werking van producten. Het ontwerp van een printplaat moet elektromagnetisch compatibel zijn met de componenten en de omgeving. Gewoonlijk voldoen printplaten niet meteen aan de EMC-normen. Daarom moet het ontwerpproces vanaf het begin gericht zijn op het voldoen aan de EMC-normen.

Er zijn verschillende gebruikelijke technieken om elektromagnetische compatibiliteit te bereiken. Eén methode bestaat uit het aanbrengen van een aardlaag op een printplaat. Een andere methode bestaat uit het gebruik van aardroosters om een lage impedantie te verkrijgen. De hoeveelheid ruimte tussen de roosters is belangrijk bij het bepalen van de aardingsinductie van de printplaat. Kooien van Faraday zijn een andere manier om EMI te verminderen. Hierbij wordt aarde rond de printplaat gegooid, waardoor signalen niet voorbij de massagrens kunnen reizen. Dit helpt de emissies en interferentie die PCB's produceren te verminderen.

Problemen met soldeerballen van BGA-componenten en hun oplossingen

Solder ball issues of BGA components are common problems that can lead to deterioration of the components. These problems are caused by solder ball delamination or oxidation. Fortunately, the remedies are simple and do not require any complex technical knowledge. These solutions will help you prevent further damage to your components.

Solder ball delamination

BGA components are prone to problems related to solder balls, commonly referred to as “head-in-pillow defects”. The problem occurs when two metal surfaces are mechanically connected, often by a solder ball. The amount of contact between the ball and solder varies depending on the soldering process and the heat and pressure applied to the parts. Several studies have been conducted to understand the cause of this defect and the remedies for preventing it.

A faulty BGA can have serious effects on the functionality of the product. A typical remedy is to replace the affected component with a new one. However, this solution can be problematic and expensive. The better alternative is to reball the BGA component. It requires a technician to remove the affected components and install new solder in the bare areas.

In order to prevent solder ball issues, it is important to use the correct test socket. There are two types of test sockets: claw-shaped sockets and needle-point sockets. The former causes the solder ball to expand and become deformed, while the latter causes bumping and abrasion to the solder ball.

Solder ball oxidation

Solder ball oxidation issues of BGA components are a growing problem in electronics manufacturing. These defects are caused by incomplete merging of BGA/CSP component solder spheres with molten solder paste during the solder reflow process. These defects affect both lead-free and tin-lead soldered assemblies. However, there are ways to mitigate these problems.

One way to avoid this problem is to use solder paste that is semi-liquid. This will ensure that the ball does not short-circuit when heated. To ensure a solid solder joint, the solder alloy used is carefully chosen. This alloy is also semi-liquid, allowing individual balls to remain separate from their neighboring balls.

Another way to prevent solder ball oxidation is to protect your BGA components during handling. When transporting or shipping, make sure that your BGA components are placed in a non-static foam pallet. This will delay the oxidation process of the solder balls and sockets.

Solder ball removal

Solder ball removal for BGA components is a critical process. If the solder ball is not properly removed, the BGA component can be damaged and result in a messy product. Luckily, there are several ways to remove the ball from BGA components. The first way is to use a vacuum to remove any residual solder. A second way is to use a water-soluble paste flux.

In many cases, the most cost-effective method is reballing. This process replaces lead-free solder balls with leaded ones. This method ensures that the BGA component retains its functionality. The process is much more efficient than replacing the entire board, especially if the component is regularly used.

Before starting the process, a technician should research BGA components. Before touching the device, he or she needs to assess the size and shape of the solder balls. Besides, he or she must determine the type of solder paste and stencil to use. Other factors to consider are the type of solder and the chemistry of the components.

Solder ball reballing

Solder ball reballing of BGA components is a process that involves reworking electronic assemblies. This process requires reflow soldering and a stencil. The stencil has holes for solder balls to fit into. To achieve the best results, the stencil is made from high-quality steel. The stencil can be heated with a hot air gun or a BGA machine. The stencil is necessary for the BGA reballing process and helps to ensure that the solder balls fit into their correct locations.

Before reballing a BGA component, it is important to prepare the PCB for the process. This will prevent damage to the components. First, the PCB is preheated. This will allow the solder balls to become molten. Next, the robotic de-ball system picks up a row of components from a matrix tray. It applies flux to the solder balls. It then runs through a programmed preheat stage. After that, a dynamic solder wave removes the unwanted balls from the board.

In many cases, reballing a BGA component is more economical than replacing the entire board. Replacing an entire board can be costly, especially if it is used in regularly-operating machinery. In such cases, reballing is the best option. By replacing the solder balls with new ones, the board can withstand higher temperatures, which improves board longevity.