Waarnemen en meten van doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's
Apparaten zoals smartphones, tablets en draagbare apparaten worden steeds kleiner en dunner en krijgen steeds meer functies. Daarom worden PCB's en componenten ook kleiner, compacter en met meer lagen ontworpen. Als gevolg daarvan is het moeilijker geworden om fijne onderdelen (zoals doorgaande gaten, soldeersporen en aansluitpinnen) waar te nemen en om 3D-vormen (zoals onregelmatigheden in het oppervlak) te meten en te evalueren voor onderzoek, ontwikkeling en kwaliteitsborging van printplaten (PCB's) en gedrukte bedradingspanelen (PWB's). In dit gedeelte wordt een inleiding gegeven tot de basiskennis van PWB's en de montage van PCB's, alsmede voorbeelden van het waarnemen en meten van de details van gedrukte bedradingspanelen met onze nieuwste 4K digitale microscoop.
- Typen, structuren en kenmerken van PWB's
- Montagemethoden voor PCB's
- Voorbeelden van het waarnemen en meten van doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's
- Een 4K digitale microscoop die onontbeerlijk is voor de R&D en kwaliteitsborging van PWB's en PCB's
Typen, structuren en kenmerken van PWB's
Bij de fabricage van PCB's is de kwaliteit na de montage van de componenten afhankelijk van de PWB's. De typen PWB's en de structuur, kenmerken en onderdeelnamen van elk type worden hieronder uitgelegd.
Typen PWB's
De representatieve typen, kenmerken en structuren worden hieronder met afbeeldingen uitgelegd.
Enkelzijdige printplaat (printplaat met één laag)
Slechts één zijde van het substraat is bedrukt met koperfolie. Een printplaat met één laag wordt een enkelzijdige printplaat genoemd. Niet geplateerde doorgaande gaten, waarin de aansluitpennen of elektroden van componenten worden gestoken, worden op het substraat geboord of geponst. De binnenkant van deze gaten is geïsoleerd omdat die niet met koper zijn verguld. Soldeersporen of soldeerpunten op het substraatoppervlak zijn bedekt met koperfolie om contact te maken met de te monteren componenten. Enkelzijdige printplaten worden vaak gebruikt voor de massaproductie van consumentenelektronica vanwege de lage productiekosten.
- A
- Niet-verguld doorgaand gat
- B
- Substraat
- C
- Koperfolie
Dubbelzijdige printplaat (printplaat met twee lagen)
Beiden zijden van het substraat zijn bedrukt met koperfolie. Dit type printplaat wordt tweelaagse printplaat genoemd. De binnenkant van de doorgaande gaten voor de montage van componenten zijn geleidend omdat die met koper zijn geplateerd. De productiekosten van deze printplaten zijn hoger dan die van enkelzijdige printplaten. Dubbelzijdige printplaten worden veel gebruikt in de elektronica-industrie, omdat de ruimte voor de bedrading en de montage tweemaal zo groot is als bij enkelzijdige printplaten, waardoor het te gebruiken substraat kleiner kan zijn.
- A
- Doorgaand gat
- B
- Substraat
- C
- Koperfolie
Meerlaagse printplaat
Meerlaagse printplaten die zijn gelamineerd met koperfolie en isolatielagen, worden prepreg genoemd. Dit type wordt al naargelang het aantal gelamineerde lagen vier-, zes- of achtlaagse printplaat genoemd. Hoe meer lagen een printplaat heeft, des te complexer de structuur van die printplaat. De ontwerp- en fabricagekosten stijgen dienovereenkomstig. Tegelijkertijd kunnen meerlaagse printplaten stroomcircuits en algemene signaallijnen tussen de lagen bevatten, waardoor het montage-oppervlak groter wordt en ook de montagedichtheid toeneemt.
- A
- Doorgaand gat
- B
- Prepreg (isolatielagen)
- C
- Substraat
- D
- Koperfolie
Montagemethoden voor PCB's
De montage van PCB's is een procedé waarbij elektronische componenten op een PWB worden gesoldeerd om als een PCB te fungeren. Doorgaans worden op twee verschillende manieren elektronische componenten gemonteerd op PWB's: namelijk door IMT (insertion mount technology) en door SMT (surface mount technology). De kenmerken van elke technologie worden hieronder verduidelijkt met afbeeldingen.
Insertion mount technology (IMT)
Bij deze technologie worden aansluitpennen of elektroden in doorgaande gaten op een PWB gestoken en vervolgens vastgesoldeerd. Soldeer aan de binnenkant van het doorgaande gat vermindert de impedantie op de verbinding enigszins. Een nadeel van deze technologie is dat er voor componenten die op het oppervlak worden bevestigd, een groter substraat nodig is, waardoor het lastig wordt de PCB te verkleinen.
De aansluitpennen van de te monteren componenten zijn recht en wijzen naar beneden om in de doorgaande gaten te worden gestoken. Deze componenten worden dual in-line packages (DIP's) genoemd.
Surface mount technology (SMT)
De surface mount technology (SMT) wordt momenteel het vaakst gebruikt voor de fabricage van PCB's. Elektronische componenten worden gemonteerd op soldeer dat wordt aangebracht op de soldeersporen op het oppervlak van de PWB en worden gehecht door verhitting in een oven. Doorgaande gaten worden niet gebruikt. Dit wordt "reflow-solderen" genoemd. In tegenstelling tot IMT hoeven de aansluitpennen of elektroden niet door PWB's te lopen, zodat met SMT de componenten aan beide zijden van een PWB efficiënt en zeer flexibel kunnen worden gerangschikt. Met SMT kan een groter aantal elektronische componenten worden gemonteerd, waardoor PCB's kleiner en compacter worden.
Componenten voor montage op oppervlakken, die surface mounted devices (SMD's) worden genoemd, zijn pakketten met de uiteinden van de aansluitpennen parallel aan de soldeersporen of met elektroden aan beide onderkanten of aan de zijkanten.
Voorbeelden van het waarnemen en meten van doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's
De doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's spelen een belangrijke rol bij de verbinding van componenten met PWB's en bij de verbinding van componenten met componenten in circuits. Tijdens het montageproces moeten verschillende zaken worden geregeld, zoals de soldeerdruk, de condities van het soldeerbad en de temperatuurprofielen van reflow-ovens. Zelfs met de meest zorgvuldige aandacht voor elk procedé en materiaal kunnen defecte doorgaande gaten en soldeersporen leiden tot storingen of defecten in de geleiding van PCB's.
Het oppervlak van doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's is onregelmatig en het koperen folie reflecteert. Het met optische microscopen waarnemen van PWB's onder een hoek is moeilijk, deels omdat het veel tijd en moeite kost en slechts een deel van de onregelmatigheden in het oppervlak in beeld kan worden gebracht. Tevens is het moeilijk om de 3D-vormen en afmetingen van microscopisch kleine doorgaande gaten en soldeersporen op zeer kleine PWB's te meten.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE heeft optische en waarnemingssystemen met zowel een hoge resolutie als een grote scherptediepte, waardoor diverse problemen zijn opgelost.
Deze microscoop heeft diverse functies die met eenvoudige handelingen kunnen worden gebruikt zoals voor een gelijkmatige gekantelde waarneming, waarneming met volledig scherpgestelde 4K-beelden die zijn vastgelegd met behulp van dieptecompositie en andere verwante functies, verwerving van beelden met hoog contrast en zeer nauwkeurige 3D-metingen, waardoor de verfijning en de efficiëntie van het werk voor de kwaliteitsborging, het onderzoek en de ontwikkeling van PCB's en PWB's worden verbeterd. Lees verder voor een inleiding tot voorbeelden van het met de VHX-reeks waarnemen en meten van doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's.
Gekantelde waarneming van doorgaande gaten
De koperen laag aan de binnenkant van doorgaande gaten kan voor slechte contacten zorgen. Om diepe gaten met een optische microscoop te kunnen waarnemen, moet er meerdere malen gekanteld worden waargenomen op een monster dat met een mal onder een hoek is gefixeerd, wat lastig is en veel tijd en moeite vergt.
Bij de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks wordt een systeem voor waarneming uit vrije hoek met een zeer nauwkeurige XYZ-gemotoriseerde objecttafel gebruikt om gekantelde waarneming met een gemakkelijke uitlijning van het zichtveld, de rotatie en de schuine-asbeweging mogelijk te maken. Het doel blijft gecentreerd in het zichtveld, zelfs als de lens wordt gekanteld of gedraaid, waardoor er met 4K-beelden met hoge resolutie naadloos en snel gekanteld kan worden waargenomen.
Met de functie voor dieptecompositie kunnen met duidelijke beelden die volledig scherpgesteld in het zichtveld in beeld worden gebracht, verzonken gebieden gekanteld worden waargenomen, zoals de binnenkant van doorgaande gaten, zelfs wanneer driedimensionale doelen bij sterke vergrotingen worden waargenomen.
De VHX-reeks kan ook met eenvoudige handelingen en zonder afstelling complexe verlichtingscondities bepalen. De multiverlichtingsfunctie haalt automatisch met één druk op een knop gegevens van meerdere beelden op die onder een omnidirectionele verlichting zijn geregistreerd, waardoor er snel kan worden waargenomen door alleen maar het beeld te selecteren dat het meest geschikt is voor wat u op dat moment wilt doen.
De volgende afbeelding is een voorbeeld van een gekantelde waarneming van de binnenkant van een doorgaand gat, dat moeilijk te belichten is, met een helder en duidelijk beeld dat is vastgelegd met een combinatie van ringverlichting en achtergrondverlichting. Zelfs microscopisch kleine defecten, zoals koperfolie dat van het gatoppervlak is afgebladderd, kunnen nauwkeurig worden waargenomen.
Waarneming van oppervlakonregelmatigheden op soldeersporen (afbeelding van Optical Shadow Effect-modus)
Er zijn subtiele onregelmatigheden in het oppervlak van verkoperde oppervlakken. Door het lage contrast is het echter moeilijk om de oppervlaktegesteldheid duidelijk vast te leggen.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks is voorzien van de Optical Shadow Effect-modus waarmee gemakkelijk beelden met een hoog contrast kunnen worden vastgelegd zonder dat voorbereiding zoals vacuümzuigen nodig is. De oppervlaktegesteldheid kan nauwkeurig worden waargenomen en geëvalueerd met een duidelijk beeld van de onregelmatigheden in het soldeerspooroppervlak.
3D-meting en -profielmeting van de defecte platering op soldeersporen
Defecte soldeersporen op PWB's, bijvoorbeeld als gevolg van afgebladderde koper, kunnen leiden tot storingen in de PCB's of problemen bij de montage van componenten. Het meten van de microscopisch kleine 3D-vormen van soldeersporen met contactmeetinstrumenten of optische microscopen is echter niet eenvoudig.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan met waarnemingsbeelden met hoge resolutie zeer nauwkeurig driedimensionaal meten. Ook kunnen meetwaarden van ongelijkmatige vormen en 3D-beelden worden verkregen door subtiele onregelmatigheden en ruwheid van oppervlakken vast te leggen met alleen een beeld dat rechtstreeks van bovenaf is vastgelegd.
Er kunnen ook profielen op gewenste locaties worden gemeten door eenvoudig met een muis de locaties op te geven terwijl ze naar het scherm kijken. Meetwaarden op submicrometerniveau kunnen worden verkregen voor onregelmatig gevormde oppervlakken van een 2D-dwarsdoorsnede van een defect gebied, waardoor er snel een zeer nauwkeurig kan worden geanalyseerd.
Een 4K digitale microscoop die onontbeerlijk is voor de R&D en kwaliteitsborging van PWB's en PCB's
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen doorgaande gaten en soldeersporen op PWB's zeer vergroot worden waargenomen en zeer nauwkeurig driedimensionaal worden gemeten, wat onontbeerlijk is om uiterst betrouwbare PCB's te kunnen vervaardigen. Met deze microscoop kunnen ook naadloos de volledige reeks bewerkingen tot en met het automatisch genereren van rapporten met één enkel apparaat worden uitgevoerd. Diverse functies die met eenvoudige handelingen kunnen worden uitgevoerd, maken lastige werkzaamheden eenvoudiger, waardoor de tijd die daarvoor nodig is, wordt verkort en het werk efficiënter wordt.
De VHX-reeks die kan worden gebruikt voor diverse waarnemingen en metingen die nodig zijn in de industrie van elektronische apparatuur, is voorzien van een groot aantal andere functies die hier niet aan de orde komen. Klik op de onderstaande knoppen voor aanvullende informatie of vragen over producten.
