Dieser hilfreiche Artikel richtet sich an alle, die schon einmal auf die Begriffe „Bare Boards“ oder „Zero PCBs“ gestoßen sind. Erfahren Sie, was sie bedeuten und wie nützlich sie für Ihre Prototypen und Designs sein können.
Einführung
Normalerweise müssen Sie viel testen, bevor Sie ein fertiges elektronisches Produkt erhalten. Dabei benötigen Sie möglicherweise viele Prototyping- und Testwerkzeuge. In diesem Zusammenhang stoßen Sie möglicherweise auf die Begriffe „Null-“ und „Bare PCBs“. Diese Platinen sind während des Designprozesses normalerweise unverzichtbar.
Zunächst werden Sie vielleicht feststellen, dass ein Steckbrett für die meisten Ihrer ersten Prototypen geeignet ist. Ein Steckbrett hat jedoch immer seine Nachteile. Steckbrettverbindungen sind vorübergehend, leicht auseinanderzunehmen und berücksichtigen keine Einschränkungen des Schaltkreislayouts. Steckbretter helfen Ihnen höchstens dabei, Ihre Schaltkreise auf funktionaler Ebene zu überprüfen.
Wo kommen Zero-PCBs ins Spiel?
Zero-PCBs sind Platinen mit Kupferringlöchern, die kein vordefiniertes Schaltungslayout haben. Der Designer erstellt die Leiterbahnen, um diese Löcher zu verbinden. Wie Sie sich vielleicht denken können, funktionieren Zero-PCBs ähnlich wie Steckbretter; nur dass Sie die Komponenten durch die Ringlöcher auf der Platine löten und miteinander verbinden müssen.
Zero-PCBs gibt es in verschiedenen Formen, Größen, Farben und Zusammensetzungen. Die meisten Benutzer finden sie in Hobbyläden für Elektronik.
Unten sehen Sie ein Beispiel für eine Null-Leiterplatte mit verlöteten Komponenten. Beachten Sie, dass einige Donut-Löcher zusammengelötet sind, um Leiterbahnen zu erstellen.
Verschiedene Arten von Zero-PCBs
Normalerweise gibt es zwei Varianten von Null-PCBs: braun und grün. Die grüne Variante sieht aus Gründen, die Sie unten sehen werden, etwas eleganter aus als die braune Variante.
FR1 Zero-Leiterplatten
Wer Kosten sparen möchte, kann auf die braun gefärbte Variante zurückgreifen, die von den meisten auch als FR1-Leiterplatten (oder allgemein als Papier-Leiterplatten) bezeichnet wird. FR1 steht für Flame Retardant 1. FR1 besteht aus Phenolpapierlaminat (daher der Name Papier-Leiterplatte). Normalerweise findet man FR1 auf einseitigen Leiterplatten billiger elektronischer Produkte wie Ladegeräten oder Adapterplatinen.
In vielen Schulprojekten werden in Einführungskursen in die Elektronik FR1-Zero-Board-PCBs als Hauptplatinen verwendet.
FR4 Zero-Leiterplatten
Eines der gebräuchlichsten und stabilsten Materialien bei der Leiterplattenherstellung ist die Standard-FR4-Leiterplatte. FR4-Leiterplatten haben FR4-Material (Flame Retardant 4) als Dielektrikum und bestehen aus Glasfasergewebe und Epoxidharz. FR4-Leiterplatten sind langlebiger und haben höhere Betriebstemperaturen als ihre FR1-Gegenstücke.
Aufgrund der oben genannten Eigenschaften eignen sich FR4-Zero-Leiterplatten perfekt als Prototyping-Materialien für verschiedene Anwendungen, darunter Logik, Stromversorgung, HF, Telekommunikation und mehr.
Wo kommen unbestückte Leiterplatten ins Spiel?
Während des Designprozesses erhalten Sie immer Chargen von Leiterplatten mit einem Schaltungslayout. Anfangs sind diese Leiterplatten nicht mit Komponenten bestückt, daher werden sie als unbestückte Leiterplatten bezeichnet. Unbestückte Leiterplatten verfügen über alle erforderlichen Detailebenen, um Ihre Platine mit Komponenten zu bestücken. Diese Detailebenen umfassen die Lötmasken-, Siebdruck- und Folienmusterebenen. Benutzer finden es möglicherweise einfacher, die Platine mit Komponenten und Informationen zu diesen Detailebenen zu bestücken.
Ein Benutzer sollte eine unbestückte Leiterplatte entwerfen, bevor er sie herstellt. Ein Designer verwendet normalerweise ein CAD-Programm, um die Platine zu erstellen. Zu solchen Programmen gehören KiCAD, Cadence, OrCAD, EasyEDA und Fusion. Danach generiert der Benutzer Fertigungsdateien. Diese Fertigungsdateien (Fertigungsausgaben) liegen normalerweise im Gerber-Format vor. Ein Leiterplattenhersteller benötigt normalerweise Gerber-Dateien, um die Null-Leiterplatten herzustellen.
Eine bestückte Leiterplatte ist eine Leiterplatte, in die Komponenten gefüllt, platziert und gelötet werden. Der Bestückungsprozess kann manuell durchgeführt werden oder von einer Pick-and-Place-Maschine erledigt werden. Es wäre sinnvoll, Ihre Leiterplatten maschinell bestücken zu lassen, insbesondere wenn viele Leiterplatten beteiligt sind.
Testen von unbestückten Platinen
Nach der Herstellung sollten Benutzer die unbestückten Platinen gründlich testen, um sicherzustellen, dass sie frei von Mängeln sind. Die Tests sollten Durchgangs- und Kurzschlussprüfungen umfassen. Glücklicherweise werden die Prüfungen nach der Herstellung der Platinen durch automatisierte Prozesse durchgeführt. Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Testverfahren.
Vorrichtungstest (In-Circuit-Test)
Fixture-Test oder In-Circuit-Test (auch ICT genannt) ist ein häufig verwendetes Verfahren zum Testen von Leiterplatten. Das Verfahren umfasst eine mechanische Vorrichtung mit einem Nagelbett. Diese Nagelbetten sind Testvorrichtungen (bestehend aus elektrisch leitfähigen Pogo-Pins), die mit dem tatsächlichen Schaltungslayout der Leiterplatte in Kontakt kommen. Sobald der Kontakt hergestellt ist, werden elektrische Prüfungen durchgeführt, um festzustellen, ob Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder unerwünschte Verbindungen auf den Platinen vorliegen.
Am besten bereiten Sie Ihre blanken PCB-Designs vor, bevor Sie sie einem Vorrichtungstest unterziehen. Dazu müssen Sie physische Testpunkte auf Ihren Platinen einbauen. Diese Punkte sollten mit dem entsprechenden Pogo-Pin übereinstimmen, der auf ihnen landet. Manchmal können Vias als Testpunkte verwendet werden, wenn sie mit den Pogo-Pins kompatibel sind.
Flying-Probe-Test
Wenn Vorrichtungstests nicht ausreichen oder Sie mehr Geschwindigkeit und Präzision benötigen, können Sie einen Flying-Probe-Test durchführen. Flying-Probe-Tests sind flexibler, da ein mechanischer Arm für elektrische Prüfungen durch die Testpunkte greift. Sie können diesen Test auch dann durchführen, wenn Komponenten im Weg sind. Darüber hinaus kann es für Fertigungsunternehmen kostspielig und zeitaufwändig sein, Testvorrichtungen herzustellen, die für einen Flying-Probe-Test nicht benötigt werden.
Ein Flying-Probe-Test besteht aus einem mechanischen Roboterarm (CNC-Stil). Die Genauigkeit und Geschwindigkeit des Arms bestimmen die Kosteneinsparungen im Vergleich zu einem ICT-Test. Ein Flying-Probe-Test ist wie ein berührungsloser Punkttest und im Allgemeinen sicherer als die Auswirkungen oder Belastungen, die eine ICT-Vorrichtung auf Ihre Leiterplatten ausüben kann.
Fazit
Sie haben etwas über unbestückte und unbestückte Leiterplatten (Null-Leiterplatten) gelernt. Unbestückte Leiterplatten sind fabrikneu und ohne bestückte Bauteile. Null-Leiterplatten dienen als Prototypenplatinen zum Testen von Schaltungen und sind zuverlässiger und robuster als Steckplatinen. Sie haben außerdem verschiedene Testmethoden für gefertigte Leiterplatten kennengelernt.