Verschillende methoden voor PCB-paneelvorming
Zoals bij veel processen in de elektronica-industrie zijn er talloze mogelijkheden en varianten in de PCB-paneelbouw. Omdat elke fabrikant zijn eigen aanpak hanteert, moet u als ontwerper van tijd tot tijd kiezen om uw ontwerp hierop aan te passen of een andere partner te zoeken voor de productie. Hieronder worden de drie meest voorkomende methoden toegelicht:
Panelisatie met V-groeven: Bij deze aanpak worden de afzonderlijke printplaten van elkaar gescheiden door V-vormige gefreesde groeven met een diepte van een derde van de paneelhoogte. De latere scheiding wordt vervolgens uitgevoerd met een machine die het meest geschikt is voor rechte sneden. Deze methode wordt daarom met name aanbevolen voor printplaten die aan drie eisen voldoen: geen overhangende componenten, geen afgeronde hoeken en voldoende afstand tussen de componentgrens en de rand van de printplaat.
Paneelvorming door middel van tab-routing: hierbij worden de printplaten langs hun contouren gefreesd – met behoud van een handvol materiaalbruggen die de printplaat stevig op zijn plaats houden tijdens de productie en montage van het paneel. Deze vorm van paneelvorming is niet geschikt voor printplaten met grote transformatoren en andere zwaardere componenten die de scheiding aanzienlijk bemoeilijken. Tegelijkertijd moet worden opgemerkt dat deze methode de belasting op de printplaten vermindert en daarmee het risico op chipping vermindert.
Panelisatie door middel van tabfrezen met geperforeerde materiaalbruggen: Dit proces is vergelijkbaar met het zojuist beschreven eenvoudige tabfrezen. Hierbij worden de materiaalbruggen echter extra geperforeerd met kleine boorgaatjes, wat de scheiding aanzienlijk vereenvoudigt en tevens een hogere mate van controle biedt, omdat het verloop van de breuk beter te voorspellen is. Deze methode is echter nog minder geschikt voor printplaten met zware componenten, waarvan het gewicht de materiaalbruggen kan doen breken.
De nadelen van PCB-paneelvorming
Het bekleden van printplaten is een manier om de integriteit ervan te beschermen. Bovendien maakt paneelvorming het mogelijk Chinese PCB-fabrikanten Om meerdere printplaten tegelijk te assembleren, worden kosten en productietijd bespaard. De panelen moeten vakkundig worden gemonteerd, zodat de printplaten niet beschadigd raken of anderszins beschadigd raken tijdens de scheiding.
Uitdagingen:
Paneelbekleding brengt op verschillende gebieden een aantal uitdagingen met zich mee:
1. Depanelisatie - nadelen van enkele depanelisatiemethoden:
Als u een freesmachine gebruikt, kan extra reiniging nodig zijn vóór verzending. Deze methode veroorzaakt veel stof dat moet worden afgezogen.
2. Vervanging van onderdelen vóór de routering is noodzakelijk om interferentie met de depanelisatie te voorkomen:
Uitstekende onderdelen kunnen in aangrenzende onderdelen vallen.
3. Onvolledige gegevensbestanden – soms worden er door PCB-fabrikanten onvolledige bestanden aangeleverd, wat de kosten op verschillende manieren kan verhogen:
‘Breekgaten’ of ‘muizenbeten’ – Deze kleine gaatjes maken het mogelijk om kleine printplaten in een matrix te gebruiken.
Cumulatieve en registratietoleranties – Als er geen nauwe toleranties in het databestand staan, kan het cumulatieve effect van kleine afwijkingen tot fouten leiden. Als er meerdere printplaten in de matrix zitten, kan de registratie niet meer gecentreerd worden.
DFM- en PCB-paneelvorming
Wanneer bedrijven printplaten voor grote aantallen ontwikkelen, zoeken ze naar manieren om de productiekosten met kleine trucjes te verlagen. Dit kost relatief weinig moeite als de details van de productie al in een vroeg stadium van het ontwerpproces gedetailleerd worden besproken en meegenomen in de ontwikkeling van de printplaat (wat daarom sterk wordt aanbevolen). Deze vroege optimalisatie van de lay-out ten opzichte van de geplande productieprocessen wordt over het algemeen aangeduid als "productiegericht ontwerp" of "productiegericht ontwerp".Ontwerp voor productie(kortweg: DFM).
Er zijn verschillende DFM-methoden waarmee op de lange termijn aanzienlijke besparingen kunnen worden gerealiseerd. Mijn voorkeursstrategie is om al vroeg contact op te nemen met de productiebedrijven en hun specifieke vaardigheden, uitdagingen en bedrijfsmodellen te verkennen. Zo krijg ik inzicht in welke aspecten van mijn ontwerp eenvoudig (en dus goedkoop) kunnen worden geïmplementeerd en welke elementen extra moeite (en dus hogere kosten) met zich meebrengen.
Ik heb hier een paar jaar geleden bijvoorbeeld profijt van gehad toen ik een versterker voor een luidspreker ontwierp en aanvankelijk de voorkeur gaf aan een printplaat met een ronde vorm, omdat deze visueel aantrekkelijk direct achter de eveneens ronde behuizing van de luidspreker kon worden gemonteerd. Toen ik mijn idee echter met de fabrikant besprak, bleek al snel dat printplaten met een (zogenaamd eenvoudige) ronde vorm zo duur zijn om te produceren dat dit de economische haalbaarheid van het ontwerp aanzienlijk vermindert.
Uiteindelijk koos ik voor een rechthoekig standaardontwerp, waarvan de productiekosten aanzienlijk lager waren. Door mijn lay-out hierop aan te passen, kon ik de winstmarge op het eindproduct verhogen en het project tot een goed einde brengen.
PCB-panelen verlagen de kosten
Een weinig gebruikte DFM-methode is de zogenaamde panelisatie. Bij deze methode worden meerdere printplaatlayouts op een groter substraat of paneel aangebracht en vervolgens in deze vorm geassembleerd. De gewenste besparingen vloeien voort uit de mogelijkheid om meerdere printplaten tegelijkertijd te produceren.
Nadat het productieproces en de assemblage zijn voltooid, wordt het paneel opgedeeld in de afzonderlijke printplaten. Zo krijg je in één keer een heleboel afgewerkte en (hopelijk) volledig functionele printplaten, die alleen nog maar wachten om geïnstalleerd en verkocht te worden. Dat klinkt vrij eenvoudig, toch? Maar zo snel gaat het niet: om de massaproductie van de printplaten later zo soepel mogelijk te laten verlopen en de gewenste besparingen op te leveren, moeten er bij de paneelbouw enkele belangrijke details in acht worden genomen.
Factoren die de kosten van PCB-paneelvorming beïnvloeden
Natuurlijk zijn de meeste ontwerpers uiteindelijk minder geïnteresseerd in de technische details van de verschillende processen dan in de bijbehorende kosten en uitdagingen. De vuistregel hierbij is dat kosten en inspanningen afhankelijk zijn van de complexiteit van het te produceren ontwerp en daarmee meegroeien. Daarnaast moet worden opgemerkt dat paneelgebaseerde productie de volgende uitdagingen met zich meebrengt, die ook van invloed zijn op de kosten:
Separeren: Als een freesmachine wordt gebruikt om de volledig geassembleerde printplaten te scheiden, blijven er chips en andere resten achter op het oppervlak van de printplaten. Deze moeten later in een aparte stap worden verwijderd, wat extra moeite en kosten met zich meebrengt. Als u een zaag in plaats van een freesmachine wilt gebruiken, moet u er bij het ontwerpen van de contour van uw printplaat rekening mee houden dat hier alleen rechte sneden mogelijk zijn. Een derde optie is het gebruik van een moderne laser, die echter alleen kan worden gebruikt voor printplaatdiktes van 1 mm of minder, waardoor u in dit geval geen meerlaagse printplaatontwerpen van welke dikte dan ook kunt maken.
Breuken: De meeste scheidingsprocessen laten ruwe breuken achter aan de zijkanten van de werkstukken – vooral bij paneelbewerking door middel van tabfrezen met geperforeerde materiaalbruggen (zie hierboven). Om de afzonderlijke printplaten veilig te kunnen hanteren, moeten ze op de betreffende plaatsen worden afgeslepen, wat weer extra werk met zich meebrengt.
Overhangende componenten: Zoals reeds vermeld, kunnen overhangende componenten het aantal paneelbewerkingsmethoden dat voor uw ontwerp kan worden gebruikt drastisch beperken. In een dergelijk geval kunnen er ook problemen ontstaan met de scheiding van de afgewerkte printplaten, omdat het risico bestaat dat de freeskop tegen een overhangend component botst en daardoor het hele paneel beschadigt. Het spreekt voor zich dat dergelijke storingen onvoorziene kosten en vertragingen met zich meebrengen.
PCB-toeleveringsketen: een complete en stabiele PCB-toeleveringsketen zorgt ervoor dat fabrikanten voldoende onderdelen en andere grondstoffen tegen concurrerende prijzen kunnen verkrijgen. Tekorten aan onderdelen vertragen niet alleen de voortgang van het productieproces, maar verhogen ook de kosten voor de PCB-paneelvorming.
Mogelijkheden voor vroegtijdige detectie en preventieve aanpak van potentiële problemen
Ervaren PCB-ontwerpers vertrouwen op diverse bewezen methoden om potentiële problemen vroegtijdig te detecteren en te verhelpen.
Zoals reeds vermeld, kan een ontwerp gebaseerd op DFM-principes effectief zorgen voor zo kosteneffectief mogelijke paneelbouw en productie. Voor PCB-paneelbouw is het onder andere noodzakelijk om al in de vroege fase van het ontwerpproject de juiste productiebedrijven en hun productieprocessen te leren kennen. Zo kunt u uw lay-out vanaf het begin optimaal ontwerpen voor productie.
Bovendien zijn veel uitdagingen rond geautomatiseerde PCB-productie gemakkelijker te beheersen met behulp van eersteklas ontwerpsoftware. Zo biedt Altium Designer® uitgebreide functies voor PCB-paneelvorming via de functie "Embedded Board Array". Hiermee kunt u eenvoudig een paneel samenstellen met meerdere identieke of verschillende PCB-ontwerpen. En omdat de originele ontwerpen niet simpelweg in het paneel worden gekopieerd, maar eraan worden gekoppeld, zijn wijzigingen in een origineel ontwerp direct zichtbaar in de lay-out van het paneel.
Natuurlijk zijn er naast de panelen nog veel meer manieren om productiekosten te besparen. Toch verdient dit punt speciale aandacht, aangezien fouten hier al snel leiden tot onvoorziene meerkosten of zelfs volledig ongeschikte printplaten.
Daarom is het zeker de moeite waard om de adviezen en DFM-principes die hier – en in talloze andere artikelen – te vinden zijn, in acht te nemen en gedurende het hele ontwerpproces aandacht te besteden aan productiegericht ontwerp. Dit bespaart u niet alleen tijd, maar kan ook de productiekosten en het risico op latere correcties verlagen.
Wilt u meer weten over hoe Altium u kan helpen bij uw paneeluitdagingen? Neem dan vandaag nog contact op met een van onze experts.
UITGEBREIDE GERBER RS274-X – PCB-gegevens
– Gebruik, indien uw ontwerpsysteem dit toelaat, het uitgebreide apparaat RS 274-X voor data-export. Het belangrijkste voordeel is dat alle informatie over de vorm en grootte van de panelen in de header staat. Data-import is eenvoudiger en minimaliseert het risico op een onjuiste voorbereiding van de panelen. De dataverwerkingstijd wordt ook aanzienlijk verkort, wat ook van invloed is op de lagere kosten voor datavoorbereiding.
