Tips en tools voor PCB-ontwerpers reduceren kosten en verminderen kans op fouten

Instructieve video’s en tools helpen hardware-ontwikkelaars bij het ontwerpen van productierijpe printen en bij het voorbereiden van foutloze plaatsingsgegevens. Dit bespaart kosten bij de PCB-productie en voorkomt fouten en vertragingen bij de assemblage.

Een compleet gemonteerde print (PCB) is een zeer complex geheel van veel verschillende componenten. Het is belangrijk om aandacht te besteden aan het samenspel van de diverse mechanische, chemische en thermische processen. Dat geldt niet alleen voor de fabricage, maar ook voor de plaatsing van de componenten op de printplaat. Tijdens de ontwikkeling bepaalt de ontwerper immers niet alleen de functie van de uiteindelijke schakeling, maar ook (voor een groot deel) de latere productiekosten. Foutloze productiegegevens en -planning vanaf de ontwerpfase hebben een grote invloed op de kwaliteit en de fabricagekosten van het product. Het gaat hier om design for manufacturing (DFM), ook wel design for manufacturability genoemd.

“Right first time for manufacturing” dankzij speciale tools. Afbeelding: Eurocircuits.

De toleranties voor de printfabrikant zijn doorslaggevend. PCB’s zijn onderhevig aan onvermijdelijke procestoleranties door de eigenschappen van de materialen en de diverse bewerkingen (galvaniseren/electroplating, fotolithografie, etsen en persen) en door onnauwkeurigheden in de oriëntatie van het boorsjabloon ten opzichte van de print of de layout van de sporen. Deze toleranties bepalen het verschil tussen de acceptabele minimale en maximale afmetingen van boorgaten, printsporen en de ruimte tussen die sporen. Deze afmetingen zijn onderworpen aan specifieke toleranties omdat ze uit kostenoverwegingen niet op een andere manier geproduceerd kunnen worden. In de regel geldt dat hoe kleiner de door de ontwerper opgegeven tolerantie, des te hoger de fabricagekosten.

Tips en tools

Eurocircuits biedt informatie over toleranties en maatregelen voor een uniforme koperverdeling op printplaten in ontwerptips en video’s die gratis online beschikbaar zijn. Richtlijnen voor PCB-ontwerpers beschrijven beproefde methoden om de kosten van PCB’s te verlagen en fouten tijdens de productie tot een minimum te beperken. De door Eurocircuits ontwikkelde software geeft ontwerpers ook nuttige tools voor een gedetailleerde controle van de print voordat deze in productie wordt genomen. Deze pre-productiecontroles kunnen het foutenpercentage van eerdere fasen van 25% tot minder dan 3% reduceren. Ontwikkelaars kunnen ook gebruik maken van een rekentool om de prijzen van de printplaten te bepalen (zelfs voordat de gegevens worden verzonden) en de optimale configuratie te kiezen.

Tools controleren de productiemogelijkkheden en de plaatsingsgegevens. Afbeelding: Eurocircuits.

Dat is nog niet alles: Eurocircuits denkt ook na over de volgende logische stap na het plaatsen van de componenten op de print: de productie van de modules. Een fout in het ontwerp zal leiden tot onjuiste productiegegevens en vertragingen in plaatsing en montage. De PCBA Visualizer- resp. de PCB Assembly Visualizer-software identificeert alle componenten en vergelijkt de component-layout met het ontwerp van de kale PCB. Dit nuttige tool voor zowel ontwikkelaars als moduleproducenten of EMS-providers (electronic manufacturing service) controleert of het PCB-ontwerp overeenkomt met de bill of materials (BOM, onderdelenlijst) en de component placement list (CPL, componenten-plaatsingslijst). In de praktijk worden soms verschillen tussen deze bestanden opgemerkt, bijvoorbeeld omdat componenten gespiegeld, verplaatst of geroteerd zijn. Het is ook mogelijk dat de verkeerde component is geselecteerd en niet in de layout past. Een andere mogelijkheid is dat de printontwerper de print van onder bekijkt terwijl de componentlayout een bovenaanzicht is. Dan zijn de twee layouts gespiegeld en voor de eindmontage incompatibel wanneer het een asymmetrisch ontwerp betreft.

PCBA Visualizer van Eurocircuits. Afbeelding: Eurocircuits.

Met dit visualisatietool kunnen ontwerpers werken met een gevalideerd PCB-ontwerp, een gevalideerde BOM alsmede gevalideerde CPL- en 3D-bestanden van het eindproduct. Dit vermindert het aantal fouten al voor de productie van het prototype drastisch, wat een groot voordeel is als er zeer snel prototypes van printen en modules nodig zijn.

Deze all-in service mocht zich in een positieve ontvangst verheugen: in 2019 heeft Eurocircuits meer dan 4.250 plaatsings- en assemblage-opdrachten verwerkt en afgewerkte prototypes geleverd. Hardware-ontwerpers kunnen online een bestelling plaatsen en binnen zes dagen de volledig geassembleerde PCB in huis hebben.