Een complete gids voor PCB-ontwerpers voor het kiezen van het juiste IC-bord

Introductie

IC-printplaten zijn wellicht interessant voor u en in dit artikel zullen we de details van IC-printplaten, hun functionaliteit, typen en toepassingen toelichten. In dit artikel op PCBTok bespreken we alle specificaties met betrekking tot deze printplaten. U zult leren welke onderdelen ze bevatten, welke typen er zijn en nog veel meer.

Wat is een IC-bord en hoe functioneert het?

Dit is een uniek type printplaat. De circuitcomponenten zijn op het oppervlak ingebed. Normaal gesproken wordt de IC op de printplaat gesoldeerd, samen met andere componenten zoals weerstanden, condensatoren en transistoren . Deze componenten zijn met elkaar verbonden via sporen waarlangs signaalpaden tussen de componenten worden gevormd. Deze connectiviteit maakt het mogelijk dat de printplaat verschillende functies vervult binnen het apparaat waarin deze is geïntegreerd.

Gemeenschappelijke IC-onderdelen

Nu ik weet wat IC-borden precies zijn, zal ik proberen gedetailleerd te beschrijven waaruit ze bestaan. In dit deel zullen we gedetailleerd de onderdelen zien die IC-borden vormen en hoe elk van hen bijdraagt ​​aan het verbeteren van de prestaties van de borden.

Keramisch

Keramische componenten worden veelvuldig gebruikt in IC-printplaten, met name voor componenten van 5 mm en groter. Dit draagt ​​bij aan de schaalverkleining en miniaturisatie van producten, waardoor ze lichter worden en efficiënter werken. Keramische materialen bieden bovendien een goede thermische geleidbaarheid, omdat ze een lage warmtegeleiding hebben en zo de koeling van de componenten bevorderen. Een dunne laag keramische vezels aan de achterzijde van de printplaat kan warmteoverdracht effectief tegengaan. Om deze redenen is keramiek een geschikt materiaal om de energieprestaties te verbeteren en de temperatuur van de printplaat te reguleren.

Dunne miniatuur metalen blik

In circuits waar de ruimte beperkt is, worden dunne, miniatuur metalen behuizingen (Thin Miniature Metal Cans) vaak gebruikt als IC-componenten. Deze componenten kunnen vervolgens met draadjes of fijne soldeerbolletjes op de geïntegreerde schakelingen worden aangesloten en zijn daarom geschikt voor allerlei toepassingen. De ML-serie is bij uitstek geschikt voor eindversterkers , spanningsregelaars, DC-BC-omzetters en oscillatoren en kenmerkt zich door een lage voorwaartse spanning, een hoog rendement en een lange levensduur. Dankzij hun kleine afmetingen besparen ze weinig ruimte in het ontwerp en bieden ze tegelijkertijd een hoog rendement.

SMD

Dit zijn minuscule componenten die fysiek op het oppervlak van een printplaat worden gemonteerd en niet hoeven te worden gesoldeerd. Ze worden veelvuldig gebruikt in alle digitale circuits , met name voor de implementatie van logische en geheugenprocessen in talloze elektronische apparaten. Het gebruik van SMD's helpt dus om ruimte te besparen en de montage te vereenvoudigen, omdat er geen gaten geboord hoeven te worden zoals bij andere gangbare componenten. Dit maakt het mogelijk om kleine en efficiënte circuitontwerpen te realiseren. SMD's worden in de hedendaagse elektronica veel gebruikt vanwege hun vermogen om de meeste circuitcomponenten dicht op elkaar te plaatsen, waardoor apparaten kleiner, lichter en efficiënter worden.

Doorlopende componenten

Dit zijn de grotere componenten die je waarschijnlijk tegenkomt in gadgets van 5 mm en groter. Voorbeelden hiervan zijn weerstanden, condensatoren, diodes en transistors. Ze worden door de gaten in de printplaat geplaatst om het circuit elektrisch met elkaar te verbinden. Door hun formaat zijn ze gemakkelijker te plaatsen en handmatig te solderen. Ze worden gebruikt wanneer het ontwerp voldoende ruimte biedt en een sterkere verbinding gewenst is. Doorsteekcomponenten zijn met name nuttig wanneer een stevige mechanische verbinding nodig is en kunnen daarom worden gebruikt in fysiek veeleisende omstandigheden.

BGA

Je gebruikt dit wanneer je de hoogste betrouwbaarheid en prestaties wenst, zoals in computers en digitale tv's. BGA's zijn verkrijgbaar in afmetingen van 25 tot 500 micrometer en bieden hoge snelheden dankzij de korte verbinding tussen de siliciumchip en de soldeerbolletjes. Dit ontwerp vermindert signaalvertragingen en verhoogt de efficiëntie van het gehele netwerk. Andere kenmerken van BGA's zijn de korte lengte van de aansluitingen en de grote afstand ertussen, waardoor ze perfect geschikt zijn voor toepassingen in snelle printplaten met een hoge circuitdichtheid.

Flip Chip

Dit zijn kleine IC-componenten met een afmeting van 5 mm en groter, die worden gebruikt in diverse apparatuur zoals digitaal-naar- analoogomzetters, geheugencircuits, microprocessoren en microcontrollers . In tegenstelling tot conventionele chips worden flipchips met de contactvlakken op de printplaat geplaatst in plaats van met een draad verbonden. Deze methode maakt een hogere I/O-dichtheid mogelijk en resulteert in het coderen van een groter aantal verbindingen op een kleinere chip.

Quad Flat-pakket

Deze QFP's worden gebruikt in smartphones en laptops. Ze hebben zogenaamde "meeuwvleugel"-aansluitingen, die aan beide zijden van de behuizing uitsteken. In tegenstelling tot componenten die door openingen worden gestoken, worden QFP's direct op het oppervlak van de printplaat gemonteerd, waardoor het gebruik van sockets relatief zeldzaam is. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende typen, afhankelijk van het aantal pinnen. Dit kan variëren van 32 tot 304. De afstand tussen twee opeenvolgende pinnen kan variëren van 0,4 tot 1,0 mm. Dit ontwerp maakt talloze verbindingen mogelijk met behoud van een compacte en flexibele vormfactor.

Keramiek klein pakket

Bij apparaten zoals smartphones en computers, waar elke centimeter telt, is het gebruik van veel componenten nog steeds belangrijk. Deze kleine behuizingen zijn zo ontworpen dat ze onderdelen kunnen bevatten en daardoor geschikt zijn voor plaatsing in krappe ruimtes. Ze zijn ontworpen om hoge temperaturen te weerstaan ​​en zijn gebouwd volgens militaire specificaties, waardoor ze zeer betrouwbaar presteren, zelfs onder zware omstandigheden. Het ontwerp maakt gebruik van interconnecties en lage straling om signaalvertraging te verminderen en de functionaliteit van het systeem te verbeteren. Bovendien bieden ze bescherming aan de componenten tegen externe factoren en garanderen ze een lange levensduur.

Laag profiel oppervlaktemontage-apparaat

Een van de meest gebruikte elektronische componenten van vandaag, met name in situaties waar ruimte beperkt is, is de draadgewonden vermogensinductor. Deze componenten zijn verkrijgbaar in open of afgeschermde uitvoeringen, waardoor ze geschikt zijn voor diverse toepassingen. Ze worden onder andere gebruikt als energiereservoirs en selectoren, wat essentieel is voor de prestaties en stabiliteit van circuits. Laagprofiel SMD's passen perfect op printplaten die worden gebruikt in relatief goedkope commerciële en consumentenelektronica . Ze kunnen eenvoudig op verschillende printplaten worden gemonteerd en nemen, ondanks hun functionaliteit, weinig ruimte in beslag, wat een cruciale factor is in de moderne elektronica.

Verschillende manieren om IC-borden te monteren

Laten we nu eens kijken naar verschillende manieren om IC-borden te monteren. Het begrijpen van deze montagemethoden is nodig om betrouwbare en effectieve PCB-elektronische gadgets te creëren.

Doorgaand gat

Een methode om IC-printplaten op een printplaat te bevestigen, is door de aansluitingen in metalen gaatjes te steken. Deze methode is vooral geschikt voor situaties waarin een zeer sterke verbinding nodig is, vooral bij componenten die gemakkelijker te bewerken zijn dan bij de montage. Een ander voordeel is de ruimte tussen de componenten, waardoor handmatig solderen eenvoudiger wordt. Door deze techniek toe te passen, wordt de kans op kortsluiting of verbindingsbruggen tussen de pinnen geminimaliseerd. Dit is met name het geval bij kleine, dicht op elkaar geplaatste componenten zoals IC-printplaten. Bovendien vermindert het de kans op reparaties en correcties na het monteren en aansluiten van de voeding.

Opbouwmontage

Een van de meest gebruikte technieken voor het bevestigen van geïntegreerde schakelingen (IC's) op een printplaat (PCB) is SMT. Bij deze methode worden componenten op specifieke locaties op de printplaat geplaatst en vervolgens met elkaar verbonden door middel van reflow-solderen. Deze techniek, die vaak wordt aangeduid als SMT, heeft een aantal voordelen. Belangrijker nog, SMT maakt een relatief compacte lay-out van een printplaat mogelijk, omdat de componenten plat op de printplaat worden gemonteerd. Dit bespaart niet alleen ruimte, maar zorgt ook voor een hogere componentdichtheid. Bovendien zorgt het reflow-solderen voor uitstekende en zeer betrouwbare verbindingen tussen de componenten en de printplaat. Een ander voordeel van Surface Mount Technology is de efficiëntie in de assemblagelijn, omdat er gemakkelijk ruimte vrijgemaakt kan worden bij het opschalen van de productie.

Ball Grid-matrix

Een belangrijk kenmerk van BGA-solderen is dat de printplaat kleine soldeerbolletjes bevat die zich onder de componenten bevinden. Tijdens het solderen smelten deze bolletjes en zorgen ze voor de stroomgeleiding. Het soldeer zorgt ervoor dat de componenten op de juiste positie op de printplaat blijven. De soldeerpasta houdt de componenten niet alleen op hun plaats, maar zorgt er ook voor dat ze goed vastzitten. Wanneer het soldeer afkoelt en stolt, biedt het de componenten extra ondersteuning. Deze procedure vereist veel aandacht en precisie om een ​​goed resultaat te bereiken. Normaal gesproken wordt BGA -solderen uitgevoerd met behulp van computergestuurde systemen zoals reflow-ovens, die de temperatuur regelen voor een optimale soldeerverbinding.

Kleine omtrek geïntegreerde schakeling (SOIC)

Een veel slanker profiel dan conventionele IC-borden. Er wordt gezegd dat ze ongeveer 30-50% kleiner en ongeveer 70% dunner zijn dan de traditioneel bemeten borden. Het is ook mogelijk om SOIC's te vinden met hetzelfde aantal pinnen als de DIP's en dat maakt het gemakkelijk om de ene te vervangen door de andere zonder dat dit invloed heeft op de circuits. SOIC's stellen u in staat om de ruimte op het bord effectief te benutten door ruimte te besparen, wat erg belangrijk is voor kleine elektronische instrumenten. Ze voeren functies uit die grotere pakketten kunnen uitvoeren, maar ze zijn kleiner dan de grotere pakketten.

Plastic gelode chipdrager (PLCC)

Dit bestaat uit een chippakket dat een vorm heeft en 'J'-vormige leads heeft die om de buitenste rand zijn gebogen. Deze 'J'-leads zijn niet hetzelfde als de gull wing leads die we hebben gezien in pakketten zoals de SOIC, omdat ze minder PCB verbruiken. Het belangrijkste voordeel van PLCC's is dat ze het meest geschikt zijn om te worden gebruikt wanneer er minder ruimte is op de printplaat. Deze worden 'J'-leads genoemd en ze helpen bij het ontwerpen van een sterke verbinding terwijl ze weinig ruimte innemen. Deze functie genereert niet alleen een eenvoudig installatiewerk voor de PLCC, maar draagt ​​ook enorm bij aan een ordelijke opstelling op de printplaat. Het gebruik van een PLCC kan erg nuttig zijn in uw assemblageproces, omdat de 'J'-leads de uitlijning vergemakkelijken en de kans op fouten die vaak worden gemaakt tijdens het solderen, verkleinen.

Toepassingen van IC-kaarten

IC-borden spelen een belangrijke rol, met name in de functionaliteit van elke eenvoudige gadget of een ingewikkeld systeem. Dit is het algemene gebruik van uitgegeven kapitaalborden en het is als volgt gepresenteerd:

• Industriële Automatisering
• Industrial Control Systems
• MEDISCHE Apparatuur
• Mechanische systemen
• Toepassingen van vacuümsystemen
• testapparatuur
• Elektrische apparaatbesturing

Installatieproces van IC-bord

Het is erg belangrijk om te weten hoe je het IC-bord op de juiste manier installeert, zodat de elektronica naar behoren kan functioneren. Het vereist een goede planning, uitproberen en effectieve implementatie van elke fase om fouten te voorkomen bij het maken van de verbinding tussen de IC's en de PCB.

Stap 1: Voorbereiden op installatie

Zorg ervoor dat het moederbord op geen enkele manier is aangesloten en dat alle onderdelen niet van stroom zijn voorzien. De flens is belangrijk voor de bescherming van het product tijdens transport. Zoek het onderdeel dat u nodig hebt op de printplaat aan de hand van inkepingen of markeringen op de chip om er zeker van te zijn dat de IC op de juiste manier wordt geplaatst.

Stap 2: Gebruik de juiste gereedschappen

Voor een goede verbinding is het belangrijk dat u een zeer nauwkeurige soldeerbout gebruikt en het juiste soldeermateriaal. Voor kleine onderdelen zoals de IC-printplaat kunt u een pincet gebruiken, terwijl u voor het verwijderen van onderdelen een IC-trekker kunt gebruiken. Voer een multimetertest uit op de verbinding. Draag altijd beschermende kleding zoals een veiligheidsbril en een antistatische polsband.

Stap 3: Componenten met zorg behandelen

Wees voorzichtig bij het hanteren van IC- en PCB-borden, omdat ze kwetsbaar zijn. Kleine hoeveelheden kunnen IC-pinnen gemakkelijk breken of verdraaien, wat op zijn beurt de prestaties van het bord beïnvloedt. Maak geen snelle en abrupte bewegingen en zorg ervoor dat uw werkplek netjes is om de kans op ongelukken te verkleinen.

Stap 4: Schone contacten onderhouden

Zorg ervoor dat het IC-bord schoon is wanneer u stap 4 van de procedure uitvoert. Omdat zelfs een kleine hoeveelheid stof of olie het bord en het apparaat dat de IC bestuurt, kan aantasten, moet u PBM dragen om het bord te beschermen tegen verontreiniging.

Stap 5: Soldeertechnieken beheren

Om een ​​gesoldeerde IC te verwijderen, moet je de soldeerpunten verwarmen en vervolgens het soldeer verwijderen met behulp van een desoldeerapparaat of soldeerlont. Voor IC's in een socket gebruik je een pincet, maar voor SMD-IC's gebruik je een IC-extractor. Let er bij het hanteren op dat je de pinnen en contactpunten niet buigt en oefen geen kracht uit op het moederbord om krassen te voorkomen.

Stap 6: De IC beschermen tijdens de installatie

Bij het installeren van IC-borden moet men zeer voorzichtig zijn om schade aan het bord te voorkomen en soldeerbruggen te voorkomen die in stap zes tot kortsluitingen kunnen leiden. Het is raadzaam om een ​​soldeerbout met een fijne punt te gebruiken en het solderen met veel precisie aan te brengen. Als er bruggen ontstaan, is het raadzaam om een ​​soldeerlont te gebruiken en overtollig soldeer te verwijderen en het probleem op te lossen.

Stap 7: Testen na installatie

Zet allereerst de voeding aan en uit en gebruik een multimeter om het IC-bord te controleren. De eerste moet worden gesoldeerd aan het grondvlak op het circuitbord, de tweede moet worden gesoldeerd aan de stroombron. Zet de voeding aan en controleer de spanningswaarden. Als deze niet nauwkeurig zijn, moet men zoeken naar problemen die losse of verkeerde verbindingen of solderen kunnen omvatten.

De voordelen van het installeren van IC-borden op PCB's

Er zijn veel belangrijke voordelen verbonden aan het plaatsen van IC-borden op de PCB's. Dit zijn de verbetering van de functionaliteit en efficiëntie van de elektronische apparaten. Al deze factoren zijn belangrijk bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën en het verlagen van kosten.

• miniaturisatie – kunnen het mogelijk maken om kleinere en compactere ontwerpen te maken die nodig zijn in de huidige wereld van elektronica, zoals smartwatches.
• Vereenvoudigd elektronicaontwerp – het ontwerp van het circuit wordt eenvoudiger naarmate er meer dan één functie in één element wordt geïntegreerd.
• Uitgebreide toepassingen/gebruiken – het heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder consumentenelektronica, industriële apparatuur etc.
• IC's zijn betaalbaar – Door de grootschalige productie van IC's worden de kosten voor IC's verlaagd en dienen deze in de printplaat te worden verwerkt.

IC-bordproductieproces

Dit proces voor IC-borden begint met een siliciumkristalwafer die als basis dient. Eerst wordt er een laag film op de wafer aangebracht die later de opstelling van bedradingtransistoren en andere componenten in het geïntegreerde circuit zal bepalen. Zodra de film is ingesteld, wordt de wafer gecoat met een materiaal dat bekendstaat als resist. Deze coating fungeert als een barrière voor delen van de film terwijl blootstelling aan licht in specifieke gebieden mogelijk is. Vanwege de gevoeligheid van de resist ondergaan de gebieden die aan licht worden blootgesteld modificaties om patronen op de wafer te creëren. Na het aanbrengen van resist ondergaat de wafer etsprocedures om delen van de film te verwijderen en de ontwerpen achter te laten die nodig zijn voor de functionaliteit van het circuit.

Een geschikt IC-bord kiezen

Zoals is aangegeven met betrekking tot de vorming van een nieuw product of het verbeteren van een bestaand product, speelt de selectie van het juiste IC-bord vaak een cruciale rol bij het verbeteren van de prestaties van het product, samen met het vergroten van het aantal functies dat het kan uitvoeren. We zullen nu de belangrijke aspecten begrijpen waar u op moet letten bij het kiezen van een IC-bord.

• Laboratoriumvoedingen – u moet ervoor zorgen dat het IC-bord dat u hebt geselecteerd goed past bij de PCB-voeding, zodat u geen compromissen sluit.
• Snelheid – controleer of het IC-bord de juiste snelheid heeft voor de verwerking van uw toepassingen.
• Nauwkeurigheid – controleer of uw IC-bord correct is en op geen enkel moment defect raakt.
• Grootte – houd rekening met de afmetingen van de IC-plaat en de PCB en maak deze kleiner, afhankelijk van de eisen die aan de miniatuurelektronica worden gesteld.
• Kosten – bevestig of wat nodig is om de dure IC te ontwerpen of wat wordt geboden op een goedkope IC-kaart, voor u betaalbaar is.

Soorten schade aan veelvoorkomende IC-borden en hoe u deze kunt voorkomen

In dit deel van het artikel gaan we in op de meest voorkomende soorten schade die IC-borden kunnen treffen, zoals:

Elektrische schade

Een belangrijk aandachtspunt bij het hanteren van IC-printplaten is de voorzichtigheid die geboden is bij het omgaan met elektriciteit. Statische elektriciteit kan een spanning bereiken van ongeveer 20000 volt, terwijl de meeste geïntegreerde schakelingen ontworpen zijn om te werken op een spanning van 3,3V, 5V of 15V. Deze schakelingen zijn zeer gevoelig en zelfs een kleine spanningsstijging kan de printplaat beschadigen, bijvoorbeeld door gaten te veroorzaken. Om uw apparaten te beschermen, is het raadzaam om weerstanden of varistoren te gebruiken die statische elektriciteit afvoeren voordat deze schade kan aanrichten.

Lichamelijke schade

Bij het gebruik van IC-printplaten is het van essentieel belang ervoor te zorgen dat deze niet beschadigd zijn, zodat ze optimaal kunnen functioneren. De eerste stap bij het controleren van een IC-behuizing is het inspecteren op scheuren of beschadigingen aan het oppervlak. Dit betekent dat als het apparaat vaak warm wordt, er brandplekken zichtbaar zijn of er verkleuringen optreden, dit een duidelijk teken van oververhitting is. Vermijd ook producten die er vervormd of gebogen uitzien, aangezien deze mogelijk beschadigd zijn. Corrosie is een ander aandachtspunt; roestvorming of oxidatie op de pinnen kan het gevolg zijn van blootstelling aan vocht. Controleer de pinnen op buigingen of breuken die de verbinding tussen twee knooppunten kunnen belemmeren.

Wat onderscheidt een IC van een PCB?

Nu u IC's kent, moet u er rekening mee houden dat IC-borden verschillen van PCB-borden. We leggen het hier verder uit:

Plaatsingsfactor

De productie van IC-borden omvat het etsen van patronen op een klein stukje silicium. Deze chip vormt het hart van veel apparaten die een complexe reeks onderdelen bevatten die samenwerken om functies te leveren. PCB draait met het fysieke bord waarop dergelijke circuits en andere componenten zijn gemonteerd. Het werkt als een middel waardoor verbindingen tot stand komen met de betrokkenheid van componenten zoals het geïntegreerde circuit. Wanneer een IC op een PCB wordt geïnstalleerd, wordt deze op het bord gesoldeerd in het proces dat de chip ondersteunt. Het ondersteunt niet alleen de IC, maar biedt ook kanalen erdoorheen. Hier kunnen de signalen worden doorgegeven, van de IC en andere componenten.

Schade en vervanging

Problemen oplossen op een PCB, zoals losse verbindingen, vereist vaak eenvoudige oplossingen. Misschien hoeft u alleen maar een verbinding te solderen of een beschadigd spoor te repareren. Wanneer er echter meerdere componenten zijn aangetast of het probleem te complex is om te lokaliseren, kan het vervangen van de hele PCB de oplossing zijn. Dit geldt met name als de PCB een cruciale rol speelt in het systeem en de schade groot is. Bij een IC is de aanpak iets anders. Controleer de signalen bij de in- en uitgangsaansluitingen. Als er geen signaal wordt gedetecteerd, controleer dan ook de aanwezigheid van een besturingssignaal zoals een kloksignaal. Als deze signalen aanwezig zijn, maar de IC nog steeds niet goed functioneert, is de kans groot dat de IC zelf defect is. In tegenstelling tot PCB's zijn IC's niet eenvoudig te repareren. In dergelijke gevallen moet u de IC volledig vervangen in plaats van te proberen deze te repareren.

Antwoorden op veelgestelde vragen over IC-borden

Je weet bijna alle basisprincipes van IC-borden, maar je hebt misschien nog vragen:

Wat is een IC-testbord?

Deze test tussen de IC en een testkop die op zijn beurt verbonden is met de geautomatiseerde testapparatuur. Het IC-testbord controleert ook de functionaliteit van de IC door de IC te onderwerpen aan echte omstandigheden. Het helpt bij het identificeren van problemen met betrekking tot de interne controle. Het is het meest waarschijnlijk dat die problemen voortkomen uit de test-, ontwerp- of productiefase. Bij het werken met een IC-testbord moeten de volgende meetnormen altijd in overweging worden genomen.

Wat is IC Board in mobiel?

Een telefoon heeft meerdere IC's die erin zijn verwerkt voor verschillende doeleinden. De Flash IC die zich naast de CPU bevindt, slaat software en gegevens op die nodig zijn voor de werking ervan. De Charging IC die zich bij R22 bevindt, behandelt het opladen van de batterij op een zeer efficiënte en veilige manier, omdat deze wordt aangestuurd door de Logic IC, die taken en coördinatie regelt.

Conclusie

Concluderend bekijkt dit artikel de aspecten van IC-borden. Dat omvat hun functies en soorten schade die ze kunnen treffen. We hebben het verschil tussen IC's en PCB's ook besproken. Ook hebben we het gehad over IC-testborden en hun functie bij het identificeren van de problemen die zich voordoen in circuits en delen we nuttige tips met betrekking tot onderhoud en reparatie van deze vitale onderdelen.