Soorten PCB's: Wat zijn de verschillende soorten printplaten en hun toepassingen?

Heb je je ooit afgevraagd wat je smartphone slimmer en laptops razendsnel maakt? Dat zijn verschillende soorten printplaten die samenwerken om het eindproduct te maken. In de moderne technologische wereld van vandaag zijn printplaten de onbezongen helden! 

PCB's zijn verkrijgbaar in verschillende kleuren, vormen en maten. De verschillende PCB-typen worden echter ook gekenmerkt door de verschillende lagen, het ontwerp en het doel. Of je nu een techneut, een beginnend ingenieur of gewoon nieuwsgierig bent naar de werking van je gadget, houd je vast, want we gaan de inzichten van de PCB onthullen. Deze gids onthult verschillende soorten printplaten, hun toepassingen en hoe ze werken. Laten we beginnen.

1. Enkellaags PCB

Enkellaags printplaten (PCI) zijn het meest eenvoudige type PCB-ontwerp. Zoals de naam al doet vermoeden, bestaat een enkellaags printplaat uit slechts één laag met twee zijden: de ene zijde is de geleider en de andere is voor de plaatsing van onderdelen.

Enkellaags-PCB's bestaan uit verschillende soorten PCB-materialen, zoals hars, koper, glasvezel en andere.

Een enkellaags PCB-ontwerp biedt enorme voordelen, zoals:

• 1. Eenvoudige installatie, wat kosten bespaart op PCB-assemblage.
• 2. Eenvoudig ontwerp, minder tijdrovend voor een bedrijf om te creëren.
• 3. Effectief en eenvoudig te testen.
• 4. Weinig geluid dat de functionaliteit van het bord zou kunnen beïnvloeden.
• 5. Eenvoudig en snel solderen voor monsters en snel en goedkoop in massaproductie.

Enkellaags PCB's zijn zeer geschikt voor verschillende soorten PCB-tests, omdat ze eenvoudig te ontwerpen en te monteren zijn en de werking van de componenten garanderen. Enkellaags PCB's worden vaak gebruikt bij het maken van prototypes en het testen van verschillende soorten printplaten, hoewel dergelijke printplaten ook vaak in massaproductie worden genomen als het ontwerp eenvoudig genoeg is om aan de toepassingsbehoeften te voldoen.

Behalve voor prototyping- en testdoeleinden kan het enkele bord worden gebruikt in toepassingen zoals:

• 1. Bewaking en persoonlijke camera's
• 2. LED-verlichting
• 3. Consumptiegoederen zoals koffiezetapparaten, radio's, printers, enz.
• 4. Industriële machines zoals verkoopautomaten, multimediasystemen en meer …

Als u op zoek bent naar een snelle en eenvoudige oplossing voor de fabricage van PCB's tegen lage kosten, is een enkellaags PCB-bord mogelijk de juiste oplossing voor uw behoeften.

2. Dubbellaags PCB

Dubbellaagse PCB's (ook wel dubbelzijdige of dual-layer PCB's genoemd) worden beschouwd als populaire soorten printplaten voor massaproductie van PCB-ontwerpen. De dubbellaagse PCB bestaat uit twee zijden, boven en onder, die een sandwich van koper, isolatiematerialen en andere soorten PCB-materialen vormen.

Dubbellaagse printplaten zijn een zeer populaire keuze onder hardwareliefhebbers vanwege hun lage kosten, eenvoudige ontwerp en snelle productie. De dubbellaagse printplaten bestaan uit connectoren, zogenaamde "via's", kleine gaatjes die circuits van de ene laag naar de andere verbinden en overbruggen. Enkelzijdige printplaten kunnen slechts aan één kant worden gemonteerd en vereisen geen via's of complexe bedradingsschema's. Dankzij de via's kunnen technici efficiënt de ene kant van de printplaat met de andere overbruggen, waardoor uiteindelijk meerdere componenten als één circuit in een bepaald ontwerp kunnen worden verbonden.

Dubbele lagen worden vaak gebruikt in toepassingen zoals:

• 1. Industriële toepassingen en controllers.
• 2. Apparatuur en benodigdheden voor stroombewaking.
• 3. Vermogensomvormers AC-DC of DC-DC.
• 4. Relais en bruggen om circuits te openen en te sluiten.
• 5. UPS-systemen (Uninterrupted Power Supply)
• 6. Andere soorten PCB-toepassingen …

Als u een ervaren hardware engineer/ontwerper bent, is een dubbellaagse PCB in de meeste gevallen de beste keuze. Een dubbellaagse PCB wordt vaak beschouwd als de beste keuze bij het ontwerpen van een gloednieuw PCB-project.

3. Meerlaagse printplaat

Meerlaagse PCB's verwijzen naar elke andere PCB die de drempelwaarde van 2 lagen overschrijdt. Sommige complexe ontwerpen vereisen veel aangesloten via's en informatieoverdracht, wat resulteert in een meerlaags PCB-ontwerp. Meerlaags PCB's kunnen 4 tot 16 lagen op één PCB bevatten.

In tegenstelling tot andere ontwerpen, zoals dubbelzijdige of enkellaagse PCB's, die slechts twee geleidende lagen bevatten tussen de koperen platen, heeft een meerlaagse PCB (een PCB met > 2 lagen) niet minder dan drie lagen geleidend materiaal in het midden van het PCB-materiaal.

Houd er rekening mee dat hoe hoger het aantal lagen en de dichtheid in verschillende soorten PCB's, hoe complexer het ontwerp zal zijn. Hierdoor zijn er vaak meer middelen en tijd nodig voor het ontwerpen, produceren en testen van PCB's.

Nu u goed weet wat een meerlaagse printplaat is, gaan we verder met de voordelen ervan. Hier zijn enkele voordelen van meerlaagse printplaten. 

● Een hoge componentdichtheid maakt compacte apparaten met veel functies mogelijk. 
● Minimaliseert elektromagnetische interferentie (EMI).
● Ideaal voor hogesnelheids- en hogefrequentietoepassingen. 
● Biedt stabiele aardingsreferenties voor componenten.
● Ondanks de meerdere lagen zijn er toch slanke, lichte apparaten mee te maken. 

Om een meerlaagse printplaat te produceren, lamineren we afwisselend lagen substraatmateriaal en prepreg met koperfolie. Vervolgens etsen we ongewenst koper weg om de gewenste circuitsporen te creëren. Het aantal lagen tussen de meerlaagse printplaten kan sterk variëren van 4 tot 20 lagen of meer, afhankelijk van de complexiteit van de componenten. 

Laten we eens kijken naar een aantal belangrijke gebieden waar meerlaagse PCB-borden vaak worden gebruikt. 

● Je vindt ze op smartphones, tablets, laptops en smart-tv's.
● Ze vormen de ruggengraat van computerservers en datacenters.
● In netwerkapparatuur, routers en communicatieapparaten.
● Medische apparatuur, zoals MRI-scanners en CT-scanners, maakt gebruik van meerlaagse PCB's.
● Ze spelen ook een belangrijke rol in de automatiserings- en controlesystemen van fabrieken en industriële machines. 

4. Starre printplaten

Rigide printplaten (PCB's) zijn een fundamenteel type elektronische printplaat dat bekendstaat om zijn inflexibiliteit en duurzaamheid. Je vindt ze in de meeste dagelijkse gebruiksvoorwerpen vanwege hun robuuste structuur. 

Zoals hun naam al doet vermoeden, zijn ze stijf en kunnen ze niet gebogen of vervormd worden. Als we het over de productie hebben, worden verschillende lagen gebruikt, zoals een substraatlaag, een zeefdruklaag, een koperlaag en soldeermaskerlagen. Om deze lagen aan elkaar te binden, gebruiken we hitte en lijm. 

Wat rigide printplaten onderscheidt, is hun veelzijdigheid, waardoor ze enkelzijdig, dubbelzijdig of zelfs meerlagig kunnen zijn. In tegenstelling tot andere printplaten die enkelzijdig of dubbelzijdig kunnen zijn, kunt u rigide printplaten naar wens aanpassen en toch binnen uw budget blijven. 

Laten we eens kijken welke voordelen dit biedt:

● Ze zijn ideaal voor complexe elektronische apparaten, die plaats bieden aan veel verschillende componenten.
● Qua kosten zijn rigide PCB's voordeliger dan flexibele of rigide-flex PCB's.
● Ze hebben veel toepassingen, van elektronica tot industriële besturingssystemen.
● Dankzij hun stevige structuur gaan ze langer mee zonder dat er sprake is van slijtage. 

Rigide printplaten zijn een fantastische keuze als u op zoek bent naar een betaalbare oplossing die in grote aantallen geproduceerd kan worden. De meest gebruikte materialen bij de productie ervan zijn FR-4 (Fire Retardant-4) en andere substraten zoals keramiek, metaalkern en composietmaterialen, die het apparaat zijn unieke eigenschappen geven. 

Laten we nu eens kijken naar de industriële en alledaagse toepassingen:

● Ze worden het meest gebruikt in motorregeleenheden (ECU's) en voertuigsensoren.
● Van cruciaal belang voor radarsystemen en militaire communicatieapparatuur. 
● Wordt gebruikt in medische beeldvormingsapparatuur en diagnostische instrumenten.
● Wordt gebruikt in energiedistributiesystemen en apparatuur voor hernieuwbare energie. 

5. Flex-printplaten

Een flexibele printplaat is gemaakt van een van nature flexibel substraat, zoals polyamide Kapton. Deze printplaten staan bekend om hun flexibiliteit en veelzijdigheid, waardoor ze gemakkelijk gebogen of vervormd kunnen worden. Hun flexibiliteit maakt ze geschikt voor toepassingen waar traditionele, stijve printplaten niet praktisch zijn. 

De belangrijkste materialen die bij de productie worden gebruikt, zijn polyamide en PET (polyethyleentereftalaat) voor flexibiliteit. Daarnaast gebruiken flexibele PCB's, net als stijve PCB's, koperfolie voor geleidende sporen. 

Hier zijn enkele voordelen:

● Dankzij hun flexibiliteit zijn ze geschikt voor kleinere ruimtes.
● Minder connectoren en interconnectoren verkleinen het risico op verbindingsfouten. 
● Het is ideaal voor toepassingen waarbij gewicht van cruciaal belang is, zoals draagbare apparaten. 
● Flexibele PCB's zijn minder gevoelig voor mechanische spanning en trillingen.
● Ze kunnen specifieke vormen en contouren aannemen, waardoor innovatieve productontwerpen mogelijk worden. 

Laten we eens kijken waar we flexibele PCB's kunnen vinden:

● Gebruikt in digitale camera's vanwege hun compacte ontwerp.
● Wordt gebruikt in airbags en autocontrolesystemen.
● Het wordt aangetroffen in draagbare gezondheidsmonitoren en chirurgische instrumenten.
● Gebruikt in sensoren in automatisering en robotica.
● Integraal in de ontwikkeling van flexibele en oprolbare displays voor de volgende generatie schermen. 

6. Rigid-Flex-printplaten

Een rigide-flexibele printplaat is een gespecialiseerde klasse printplaten die de eigenschappen van zowel flexibele als rigide printplaten in één eenheid combineert. Ze hebben stijve delen, die niet buigen, en flexibele delen die gevouwen en gebogen kunnen worden. Dit unieke ontwerp maakt ze uitzonderlijk veelzijdig voor diverse toepassingen.

Als je dieper in hun structuren duikt, zul je zien dat ze zijn gemaakt met een combinatie van materialen. Zo gebruikt de stijve variant vaak traditionele materialen zoals FR4. De flexibele delen daarentegen bestaan uit polyamide, dat bestand is tegen buigen en vouwen. 

Het mooie van deze printplaten is dat ze meerdere traditionele printplaten en connectoren kunnen vervangen, waardoor er ruimte wordt bespaard in compacte apparaten. Bovendien zijn deze printplaten geschikt voor componenten met een hoge dichtheid, waardoor ze geschikt zijn voor complexe elektronische systemen. 

Net als stijve en flexibele printplaten hebben ze vergelijkbare voordelen, met enkele extra's. Laten we het eens wat breder bekijken.

● Vermindering van het aantal connectoren en de complexiteit van de assemblage leiden op de lange termijn vaak tot kostenbesparingen. 
● Ingenieurs hebben meer ontwerpvrijheid omdat ze 3D-ontwerpen kunnen maken, gewicht kunnen besparen en de lay-out kunnen optimaliseren. 
● Hun flexibele vorm bespaart ruimte. 
● Ze worden gebruikt in industriële besturingssystemen vanwege hun veerkracht en ruimtebesparing. 

Als we het hebben over industriële toepassingen, vind je ze in alles, van kleine gadgets tot grotere medische apparatuur en alles daartussenin. Hier zijn enkele veelvoorkomende toepassingen. 

● Rigide-flexibele PCB's zijn essentieel in medische apparaten zoals pacemakers en diagnostische apparatuur. 
● Worden gebruikt in lucht- en ruimtevaartsystemen waarbij gewichtsvermindering, betrouwbaarheid en flexibiliteit van cruciaal belang zijn. 

● Ook in airbags en infotainmentsystemen zijn ze te vinden. 

7. High-Density Interconnect (HDI) PCB

High-density interconnects, kortweg HDI, staan voor een printplaat met een hogere draaddichtheid. Een HDI-printplaat heeft een beperkte ruimte, wat resulteert in krappe ruimtes en leidingen.

Vergeleken met normale PCB-ontwerpen zijn HDI-ontwerpen de beste keuze als het gaat om meerlaagse ontwerpen met dure afwerkingen. HDI-ontwerpen kunnen meerdere voordelen bieden ten opzichte van conventionele ontwerpen, zoals een lichtere PCB met kleinere afmetingen en betere elektrische prestaties.

De inspiratie voor het ontwerp van HDI-printplaten kwam uit de halfgeleiderindustrie. Halfgeleiders gebruiken een zeer klein oppervlak en kunnen toch veel transistors en micro-elektrische componenten bevatten.

HDI-printplaten zijn bijzonder geschikt en geoptimaliseerd voor snelle elektrische signaaloverdracht. Deze printplaten ondersteunen diverse functies, waaronder HF (hoogfrequente) overgang en blokkadecontrole. HDI-printplaten zijn ontworpen met een hogere dichtheid vanwege hun geminiaturiseerde ontwerp, waarbij kleine elektronische onderdelen zich dicht op elkaar bevinden. Daarom noemen we dit type printplaat een high-density interconnect PCB.

Toepassingen van HDI-platen zijn onder meer:

• 1. Persoonlijke computers (laptops, pc's)
• 2. Mobieltjes
• 3. Apparatuur voor de gezondheidszorg
• 4. Auto-industrie
• 5. Spelconsoles
• 6. Wearables, smartwatches en meer …

De technologie die wordt gebruikt bij de productie van HDI-printplaten maakt het mogelijk om het oorspronkelijke PCB-ontwerp te versterken, maar dan in kleinere, lichtere en compactere ruimtes. Het plaatsen van componenten op een HDI-printplaat vereist geavanceerde PCBA- en SMT-technologie vanwege de hoge precisie-eisen en de beperkte oppervlakte. Het handmatig repareren van dergelijke printplaten kan een lastige taak zijn voor engineers vanwege de dichtheid van de HDI-printplaat.

HDI-platen vormen een prima optie voor ontwerpen waarbij snelle elektrische transmissie vereist is en componenten in een kleine ruimte moeten worden verpakt.

8. Hoogfrequente printplaat

Hoogfrequente PCB's worden gedefinieerd als PCB's die werken op frequenties boven 1 GHz. Er zijn verschillende materialen die gebruikt kunnen worden voor de productie van dergelijke PCB's, zoals PTFE (polytetrafluorethyleen). Dit materiaal wordt vaak afgekort tot Teflon. De meeste hoogfrequente PCB's en -ontwerpen kunnen een frequentie boven 5 GHz bereiken. Er zijn andere soorten materialen, zoals FR4 (glasvezelversterkte epoxy) en PPO (polyfenyleenoxide). Deze materialen kunnen bij correct gebruik frequenties tot 10 GHz bereiken.

Het doel van hoogfrequente PCB-typen, of kortweg HFP, is om te voldoen aan de eisen voor geavanceerde PCB-ontwerpen. Deze typen ontwerpen vereisen een snelle signaaloverdracht in een hoogfrequentiebereik. Dit stelt de HFP in staat om signalen met hoge snelheid en een hoge frequentie te leveren.

Sommige typen hoogfrequente PCB's worden gebruikt in kritische toepassingen, zoals:

• 1. Communicatiesystemen, netwerkstations, hoogfrequente radiozenders, enz.
• 2. Militaire industrie en de toepassingen ervan, waaronder wapens, raketten en volgapparatuur.
• 3. Radarsystemen en toepassingen in de lucht- en ruimtevaart
• 4. Medische en gezondheidszorgtoepassingen voor diagnostische en monitoringdoeleinden.

Hoogfrequente PCB-typen zijn cruciaal voor industriële en kritische systemen, omdat ze snel hoogfrequente signalen over meerdere circuits kunnen verzenden. Voor consumentengebruik zijn andere opties mogelijk een betere keuze, zoals een dubbellaags of meerlaags PCB.

9. LED-printplaten

Bij de naam LED denk je waarschijnlijk aan lampen. Dan heb je gelijk! LED-printplaten zijn ontworpen om de benodigde elektrische verbindingen, thermisch beheer en mechanische ondersteuning voor LED's te bieden. 

Ze worden doorgaans gemaakt van materialen die geoptimaliseerd zijn voor warmteafvoer en lichttransmissie. Zo wordt aluminium gebruikt vanwege de uitstekende thermische geleidbaarheid, koper vanwege de warmtegeleiding en FR4 vanwege de goede elektrische isolatie. 

Deze printplaten hebben speciaal ontworpen pads voor het solderen of monteren van leds, waardoor elektrische verbindingen gegarandeerd zijn. Deze PCB-layout houdt rekening met lichtdiffusie en -reflectie om de lichtopbrengst van de led te maximaliseren. 

Met al deze opmerkelijke eigenschappen biedt het een groot aantal voordelen. Bijvoorbeeld:

● Ze zijn uitstekend geschikt voor het afvoeren van warmte, waardoor de LED-prestaties en levensduur behouden blijven.
● Geoptimaliseerde lichtopbrengst maximaliseert de distributie van LED's.
● Deze borden bieden betrouwbare elektrische verbindingen, waardoor het risico op LED-storingen wordt verminderd.
● Ze zijn bovendien compact, waardoor ze flexibel in kleine ruimtes kunnen worden aangepast.

Laten we nu eens kijken naar enkele toepassingen:

● Ze vormen de basis van LED-verlichtingssystemen voor woningen, kantoren en straatverlichting.
● Gebruikt in koplampen, achterlichten en interieurverlichting van voertuigen.
● Ze zijn te vinden in televisies, monitoren en kleine beeldschermen in apparaten als smartphones.
● Deze bevinden zich in LED-printplaten die van stroom worden voorzien door verlichte borden en billboards. 

Samenvatting

In dit artikel hebben we de verschillende soorten PCB's en hun toepassingen besproken. Of u nu een enkellaags of meerlaags ontwerp nodig hebt, PCBasic staat voor u klaar.

Door de behoeften van de toepassing te begrijpen, kunnen we uw idee omzetten in realiteit. Met meer dan 15 jaar ervaring kunnen we elk type PCB aan, inclusief complexe HFP- en HDI-ontwerpen.