PCB-pads zijn een belangrijk onderdeel van de PCB-productie, omdat ze bepalen waar de componenten op de printplaat worden gesoldeerd. Onjuiste plaatsing kan leiden tot slechte soldeerverbindingen, kortsluiting en montageproblemen. Of u nu uw eerste printplaat ontwerpt of een bestaand ontwerp optimaliseert, het is essentieel om de verschillende soorten PCB-pads en de bijbehorende afmetingen te kennen om een succesvolle PCBA-productie te garanderen.
Wat zijn PCB-pads?
PCB-pads, ook wel soldeerpunten of soldeerpads genoemd, zijn gebieden op een printplaat die specifiek zijn ontworpen voor de bevestiging van elektronische componenten. Deze pads hebben meestal een ronde of rechthoekige vorm en zijn gemaakt van koper of andere geleidende materialen. PCB-pads worden gebruikt om de elektronische componenten met de printsporen van de printplaat te verbinden. De soldeerpunten bevinden zich doorgaans aan de uiteinden van de printsporen waar de componenten moeten worden geplaatst. Het ontwerp en de plaatsing van de pads kunnen de soldeerbaarheid, betrouwbaarheid en thermische geleidbaarheid van het component direct beïnvloeden.
Soorten PCB-pads
PCB-pads kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen, op basis van de componenten en verpakkingsmethoden: through-hole pads en surface mount pads.
Doorlopende gatenpad
Doorsteeksoldeerpunten worden gebruikt voor het monteren van doorsteekcomponenten op een printplaat. Deze soldeerpunten hebben via-gaten waar de pinnen van de componenten in worden gestoken tijdens het solderen van de printplaat . Door componenten via doorsteeksoldeerpunten te solderen, worden duurzame soldeerverbindingen tot stand gebracht, wat een betrouwbare mechanische en elektrische verbinding met de printplaat op lange termijn garandeert. Het is echter belangrijk om te weten dat de beschikbare routingruimte op een meerlaagse printplaat beperkt kan zijn vanwege de aanwezigheid van componentaansluitingen en de benodigde gaten .
Doorsteekpads kunnen in twee typen worden onderverdeeld:
- Plated Through Hole (PTH) pads:
Plated Through Hole (PTH) pads zijn gaten op een printplaat waarvan de binnenkant is voorzien van een dunne metaallaag door middel van een galvaniseerproces. Dit proces creëert een elektrisch pad dat verschillende lagen van de printplaat met elkaar verbindt en biedt tevens een veilig bevestigingspunt voor de pinnen van doorsteekcomponenten.
- Pads met niet-geplateerde doorvoergaten (NPTH):
Non-Plated Through Hole (NPTH) pads betekenen dat de wand van het gat geen metalen coating heeft. Ze worden meestal gebruikt in enkelzijdige printplaten of voor mechanische doeleinden, zoals het monteren van de printplaat in een behuizing met schroeven of afstandhouders.
Oppervlaktemontagepad
De SMD-pads (Surface Mount Pads) zijn de pads die worden gebruikt om elektronische componenten rechtstreeks op het oppervlak van de printplaat te bevestigen. Het verschil tussen doorsteekpads en SMD-pads is dat SMD-pads worden gebruikt voor het monteren van kleinere componenten. Hierdoor kunnen er meer componenten op een kleiner oppervlak van de printplaat worden geplaatst. SMD-pads zijn echter niet geschikt voor componenten die veel warmte genereren. De kleine afmetingen van de SMD-componenten kunnen het lastig maken om warmte af te voeren, wat kan leiden tot oververhitting.
BGA-pads
BGA-pads (Ball Grid Array) behoren tot de categorie oppervlaktemontagepads, die doorgaans kleiner en dichter op elkaar gepakt zijn dan pads die voor andere oppervlaktemontagecomponenten worden gebruikt. Er worden doorgaans twee soorten BGA-pads gebruikt:
- Soldeermasker gedefinieerde pads (SMD)
SMD-pads voor BGA-componenten zijn ontworpen met soldeermaskeropeningen die kleiner zijn dan de diameter van de pads die ze bedekken. Dit is bedoeld om de grootte van de pad waarop het component wordt gesoldeerd te minimaliseren. Door het soldeermasker aan te brengen om een deel van de koperen pad eronder te bedekken, worden twee voordelen bereikt: Ten eerste helpt het de pads op de printplaat te bevestigen, waardoor ze niet los kunnen raken door mechanische of thermische belasting. Ten tweede vormen de openingen in het masker een geleider voor elke bal op de BGA om zich tijdens het solderen aan te passen.
- Niet-soldeermasker gedefinieerde pads (NSMD)
Non-Solder Mask Defined (NSMD) pads zijn een type koperen pads die gebruikt worden op printplaten en die niet bedekt zijn met het soldeermasker. Ze zijn vaak kleiner dan de diameter van de soldeerbol, waardoor de padgrootte doorgaans met ongeveer 20% van de diameter van de bol wordt verkleind. Deze kleinere pads zorgen voor een kleinere afstand tussen de pads, wat efficiëntere routing mogelijk maakt en ze geschikt maakt voor BGA-chips met hoge dichtheid en een fijne pitch. NSMD-pads zijn echter gevoeliger voor delaminatie, wat kan optreden als gevolg van thermische en mechanische spanningen.
Hoe bepaal je de grootte en afmetingen van de PCB-pads?
Hoe bepaal je de grootte en afmetingen van soldeerpunten bij het ontwerpen ervan? Hier zijn een aantal betrouwbare bronnen:
- Industry Standards
IPC-7351 is een algemeen aanvaarde industriestandaard die specificaties definieert voor het patroon van contactvlakken op oppervlaktemontage. Het volgen van deze standaard is een werkbare methode voor het bepalen van de afmetingen van contactvlakken.
- EDA Pad- en Footprintgeneratoren
De meeste moderne EDA-tools hebben ingebouwde footprintgeneratoren. Deze tools helpen om automatisch de juiste padgrootte en -afmetingen te berekenen op basis van de geselecteerde componenten.
- Datasheets van de componentfabrikant
In de datasheets van componenten staat een aanbevolen PCB-landpatroon en de exacte afmetingen van de pads vermeld. Deze datasheets worden beschouwd als een van de meest betrouwbare bronnen voor engineers.
- Online rekenmachines
Er zijn veel gratis online padcalculators beschikbaar waarmee engineers de afmetingen van pads eenvoudig kunnen controleren zonder een volledige EDA-tool te hoeven openen.
Richtlijnen voor PCB-padontwerp
Bij het ontwerpen van PCB-pads kan het volgen van deze belangrijke richtlijnen betrouwbare soldeerprestaties en produceerbaarheid garanderen.
Pad Maat:
De grootte, vorm en onderlinge afstand van de pads zijn afhankelijk van de specifieke eisen van de gebruikte componenten. Verschillende soorten componenten kunnen verschillende padconfiguraties vereisen.
- Voor enkelzijdige pads is de diameter of minimale breedte 1.6 mm.
- Voor dubbelzijdige zwakke-lijn pads is het slechts nodig de opening met 0.5 mm te vergroten, aangezien een te grote padgrootte gemakkelijk tot doorlopende lasvorming leidt.
- Voor pads met openingen groter dan 1.2 mm of paddiameters groter dan 3.0 mm, is het raadzaam om ze als pads met een speciale vorm te ontwerpen.
- De binnendiameter van het stempelkussen mag over het algemeen niet kleiner zijn dan 0.6 mm, omdat een gat kleiner dan 0.6 mm lastiger te bedienen is tijdens het ponsen.
Pad-afstand:
Wat de afstand tussen de pads betreft, is het belangrijk rekening te houden met de grootte van de componentpinnen die in de pads worden gestoken of eraan worden bevestigd, en tevens met de behuizing van het betreffende component. Verschillende componenten stellen uiteenlopende eisen aan de afstand tussen de montagegaten van de pads.
- Voor axiale componenten met pendiameters kleiner dan 0.8 mm is de montagegatafstand doorgaans 4 mm groter dan de standaard gatenafstand.
- Als de pendiameter van een axiaal component groter is dan 0.8 mm, is de montagegatenafstand doorgaans meer dan 6 mm groter dan de standaard gatenafstand van de componentbehuizing.
- Bij radiale componenten moet de afstand tussen de montagegaten overeenkomen met de afstand tussen de pinnen van de component.
Remblokspeling:
De afstand tussen aangrenzende soldeerpunten moet groter zijn dan 0.4 mm om het risico op soldeerbruggen tijdens de assemblage te verkleinen.
Conclusie
Het kiezen van het juiste type, formaat en de juiste afstand tussen de pads op een printplaat is niet alleen een kwestie van regels. Deze keuzes hebben direct invloed op de kwaliteit van het solderen van uw componenten en de sterkte van de verbindingen. Ze verbeteren de efficiëntie en verlagen de kosten op de lange termijn, ongeacht of u gebruikmaakt van SMD-pads, doorsteekpads of BGA-pads. Als u een hoogwaardige printplaat wilt produceren, hebt u een goed printplaatbedrijf nodig om te garanderen dat uw printplaat beschikt over kwalitatief hoogwaardige pads en betrouwbare soldeerverbindingen. Met 20 jaar ervaring biedt MOKO Technology een compleet pakket aan totaaloplossingen voor de productie, waaronder printplaatontwerp, -productie, prototyping, componentinkoop, printplaatassemblage en -testen. Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie!
Veelgestelde vragen over PCB-pads
1. Wat is het verschil tussen een PCB-pad en een via?
Een PCB-pad is het koperen gedeelte waarop een component op de printplaat wordt gesoldeerd. Een via is een gat dat is geplateerd en zorgt voor een elektrische verbinding tussen de lagen van een printplaat.
2. Kun je een via op een pad plaatsen?
Ja, dat heet via-in-pad-ontwerp en het komt veel voor bij componenten met beperkte ruimte, zoals BGA's en QFN's. De via is direct in de pad ingebed en moet worden opgevuld/geplateerd om te voorkomen dat het soldeer tijdens het assemblageproces door de via heen sijpelt.
3. Van welk materiaal zijn soldeerpunten gemaakt?
De soldeerpunten zijn doorgaans gemaakt van koper, dat een uitstekende elektrische geleidbaarheid biedt. De koperen oppervlakken worden meestal voorzien van coatings zoals HASL, ENIG of OSP om oxidatie te voorkomen en de soldeerbaarheid te verbeteren.
4. Wat is het verschil tussen SMD- en through-hole-pads?
SMD-pads bevinden zich op het oppervlak van de printplaat en worden gebruikt voor kleinere componenten die direct op de printplaat worden gesoldeerd. Through-hole pads hebben een gat dat door de printplaat heen loopt en worden gebruikt voor componentdraden die op hun plaats worden gesoldeerd.
