Chipfabrikanten zoals ASML blijven jaar na jaar kleinere en krachtigere chips mogelijk maken. Waar de industrie tien jaar geleden nog verbaasd was over componenten van een paar millimeter, spreken we nu over structuren op nanometerschaal. Indrukwekkend, maar er schuilt een ongemakkelijke waarheid achter dit succesverhaal: een chip die niet op een printplaat gemonteerd kan worden, is in de praktijk waardeloos. Chips don't float. Ze moeten ergens op landen, worden vastgesoldeerd en aangesloten, en precies dat wordt steeds lastiger.
Van chipontwerp naar chipmontage: twee werelden die uit elkaar groeien
De halfgeleiderindustrie en de productie-industrie van printplaten (PCBA's) zijn twee verschillende werelden die volledig van elkaar afhankelijk zijn. Bedrijven als ASML leveren met hun EUV-lithografiemachines de technologie waarmee chipfabrikanten transistors op steeds kleinere schaal kunnen bouwen. Dat proces botst inmiddels op fysieke grenzen: de afmetingen naderen de grens van wat met de huidige materialen en kwantummechanica nog haalbaar is.
Maar de innovatie stopt niet bij het ontwerp van de chip zelf. Elke chip moet uiteindelijk gemonteerd worden op een printplaat, in een productieomgeving die met heel andere toleranties werkt dan een chipfabriek. En daar wringt de schoen.
Waarom kleinere chips de PCB-assemblage onder druk zetten
Bij het monteren van steeds kleinere componenten op een printplaat, het zogeheten SMT-proces (Surface Mount Technology), neemt de foutmarge razendsnel af. Waar vroeger enkele tienden van een millimeter speling geen probleem waren, is de ruimte voor afwijking bij fijne pitch-componenten soms nog maar 50 tot 100 micrometer.
Dat heeft directe gevolgen voor de productie:
-
Pick-and-place machines moeten met extreme nauwkeurigheid werken, tot op ongeveer 10 micrometer precisie.
-
Soldeerpasta moet met steeds fijnere stencils worden aangebracht om bruggen, tombstone of te weinig soldeer te voorkomen.
-
Het reflow-profiel vraagt om nauwkeurigere temperatuurcontrole naarmate componenten dichter op elkaar liggen.
Voor complexe behuizingen zoals BGA's en QFN's geldt: hoe kleiner de behuizing en hoe fijner de pitch, hoe groter het risico op plaatsingsfouten en soldeerdefecten. Herstel van een defect component op een dichtbevolkte printplaat is bovendien kostbaar en tijdrovend.
Produceerbaar ontwerpen: de sleutel tot werkende elektronica
Dit is precies de reden waarom "design for manufacturability" geen bijzaak mag zijn, maar het uitgangspunt van elk elektronica project. Een chip kan op papier revolutionair zijn, maar als het ontwerp niet is afgestemd op wat er daadwerkelijk betrouwbaar te produceren en te monteren is, levert dat in de praktijk vertraging, uitval en meerkosten op.
Vanuit de productie-industrie klinkt daarom steeds vaker de boodschap richting chipontwikkelaars en productontwerpers: houd bij het ontwerp rekening met wat op een printplaat gemonteerd kan worden. Componentkeuze, footprint, plaatsingstoleranties en testbaarheid horen vanaf de eerste schets onderdeel te zijn van het gesprek – niet iets dat achteraf wordt "opgelost" op de productievloer.
Wat betekent dit voor jouw product?
Voor bedrijven die elektronische producten ontwikkelen, betekent dit vooral: betrek een productiepartner vroeg in het ontwerptraject. Een printplaatontwerp dat op papier optimaal is, maar in de praktijk niet betrouwbaar te assembleren valt, kost uiteindelijk meer tijd en geld dan een ontwerp dat vanaf het begin rekening houdt met de mogelijkheden, en grenzen, van moderne SMT-assemblage.
Bij Rommtech ontwerpen, testen en produceren we al sinds 1982 custom PCBA's. Onze engineers denken vanaf de eerste schets mee over produceerbaarheid, zodat een goed idee ook daadwerkelijk een werkend product wordt. Want een chip die niet op de printplaat past, blijft nu eenmaal drijven op papier. En dat is precies waar wij het verschil maken.
Wil je weten of jouw ontwerp produceerbaar is, of loop je tegen plaatsingsproblemen aan bij de assemblage van je printplaat? Neem contact op met Rommtech en we denken vrijblijvend met je mee.
Bronnen
ASML — Moore's Law
MIT Technology Review — The $400 million machine powering the future of chipmaking
AllPCB — Mastering SMT Assembly for Microelectronics
Venture Manufacturing — PCB-miniaturisatie
MPE Electronics — Miniaturisation of Electronics & PCB Assembly Guide
