Wat is freeware en waarvoor wordt freeware gebruikt?

Freeware is een benaming die wordt gebruikt voor software waarvan de maker toestemming heeft verleend aan andere personen of bedrijven zonder dat daarvoor een vergoeding betaald hoeft te worden. De software is dus ‘gratis’ oftewel ‘free’ maar het is geen vrije software. Het woord Engelse ‘free’ kan in deze context dus niet worden vertaald met het Nederlandse woord ‘vrij’. De auteur van de software heeft zelf licentie verleend maar de freeware zelf is wel volledig beschermd door auteursrechten.

Doordat freeware gratis gebruikt kan worden is het populair bij veel hobbymatige gebruikers van software. Bedrijven maken echter ook gebruik van freeware maar verlangen dikwijls complexere software oplossingen waardoor de beschikbare freeware niet toereikend is.

Auteursrechten en freeware
Freeware verschilt van publicdomainsoftware omdat freeware, zoals hierboven is benoemd, volledig is beschermd door auteursrechten. Door deze bescherming is het niet toegestaan om de freeware aan te passen of te verbeteren. Ook het verspreiden of verkopen van freeware mag niet. Bij vrije software zijn deze beperkingen niet van toepassing. De broncode is daarbij beschikbaar als een onderdeel van de licentie.

Waarvoor wordt freeware gebruikt?
Freeware is software dat vrij gebruikt kan worden. Er is in de loop der tijd veel freeware ontwikkelt en beschikbaar gesteld. Freeware kan onder andere worden toegepast in de ICT, bijvoorbeeld in personal computers. Daarnaast kan freeware ook door hobbyisten worden gebruikt voor bijvoorbeeld eenvoudige, maar ook complexere automatisering van machines.

Wat is een geïntegreerde schakeling of Integrated Circuit (IC)?

Geïntegreerde schakelingen worden ook wel in het Engels Integrated Circuit genoemd, dit wordt afgekort met IC. Een geïntegreerde schakeling is een samenstel waarbij diverse elektronische componenten op een enkel stuk halfgeleidermateriaal worden geplaatst. Als het een grote IC betreft wordt deze ook wel microchip of chip genoemd. IC’s worden in heel veel verschillende elektrische machines en apparaten ingebouwd. Hierbij kan gedacht worden aan mobiele telefoons, computers, wasmachines en voertuigen waarin elektronica is ingebouwd.

Geïntegreerde schakelingen zijn elektronische schakelingen die zoals de naam aangeeft geïntegreerd zijn. Deze schakelingen zijn geïntegreerd en gefabriceerd op een plakje silicium (Si). Dit plakje silicium wordt vervolgens in een keramische behuizing geluimd of in een plastic behuizing gegoten. Deze behuizing heeft metalen pootjes waarmee de schakeling bevestigd kan worden. Een geïntegreerde schakeling is dus een compact geheel. Hiermee verschilt een geïntegreerde schakeling van losse componenten die op printplaten worden aangebracht.

Chip
Als men het heeft over geïntegreerde schakelingen gebruikt men ook vaak de term ‘chip’. Het woord chip is een afgeleide van het materiaal dat voor deze schakeling wordt gebruikt. dit materiaal is, zoals eerder genoemd, een plakje silicium. Dit plakje silicium wordt gefabriceerd uit zuiver zand; SiO2. Het plakje heeft een doorsnede van bijvoorbeeld 200 of 300 mm.

Elektronische schakelingen
In veel machines en apparaten maakte men gebruik van dezelfde elektronische schakelingen. Hierdoor werden algemene printplaten ontwikkeld die een specifieke functie hadden. Deze algemene printplaten werden samengesteld uit losse componenten die op de printplaat werden aangebracht. Daarnaast werden op deze printplaten ook weerstanden direct op de print aangebracht. Door de weerstanden direct op de print aan te brengen ontstond een hybride schakeling. De hybride schakeling is een voorloper van de geïntegreerde schakeling die later werd ontwikkeld.

Ontwikkeling geïntegreerde schakeling
De geïntegreerde schakeling werd ontwikkeld omdat er in toenemende mate gebruik werd gemaakt van transistors. Deze transistors werden dikwijls in dezelfde elektronische schakeling gebruikt waardoor een geïntegreerde schakeling een gunstige oplossing werd. De transistors werden gezamenlijk met de weerstanden gefabriceerd op één halfgeleiderplaatje. In eerste instantie werden deze schakelingen geplaatst in een metalen behuizing.

Op een gegeven moment gebruikte men kunststoffen voor de behuizing van geïntegreerde schakelingen. Tegenwoordig worden nog steeds geïntegreerde schakelingen in kunststof behuizingen gegoten. Doordat geïntegreerde schakelingen een zeer compacte vorm hebben konden er nieuwe ontwikkelingen worden doorgevoerd in elektronische apparatuur. De compacte schakelingen zorgden er voor dat elektronische apparatuur veel compacter gemaakt kan worden.

De eerste geïntegreerde schakeling
Op 12 september 1958 werd de eerste werkende geïntegreerde schakeling gepresenteerd door Jack Kilby van Texas Instruments. Ongeveer vier maanden later werd een soortgelijke uitvinding gedaan door Robert Noyce van Fairchild Semiconductor. Er ontstond een patentenstrijd tussen de twee personen. Robert Noyce was weliswaar later da n Jack Kilby maar kreeg toch het patent op zijn naam in 1969.

Wat wordt bedoelt met de afkortingen PWB, PCB of PCBA voor printplaten?

In de wereld van de elektronica en mechatronica ontkomt men vaak niet aan printplaten. Printplaten zijn onder andere aanwezig in machines, computers en consumentenelektronica. Een printplaat of print is een drager van verschillende elektronische componenten. Deze elektronische componenten verschillen in vorm kleur en functie. De printplaat zelf is gemaakt van epoxy, glasvezel of kunststof en bevat verschillende koperen bedradingen. Deze koperen bedradingen worden ook wel sporen genoemd en worden doormiddel van freestechnieken en etstechnieken aangebracht tussen de verschillende componenten. De koperen bedrading geleid de elektrische stroom tussen de verschillende componenten.

Welke componenten zijn op printplaten bevestigd?
De componenten op de printplaat zorgen er vervolgens voor dat er bewerkingen worden uitgevoerd. Zo kunnen weerstandjes er voor zorgen dat de elektrische stroom wordt afgezwakt en kan een condensator er voor zorgen dat elektrische stroom wordt verzamelt en afgestoten. Naast de condensator en weerstandjes zijn er echter nog verschillende andere componenten die op een printplaat kunnen worden aangebracht. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan thyristor, diodes, zenerdiodes, transistors, ledjes en IC’s.

Preppen  en bestukken van printplaten
Het preppen van printplaten is het voorbereiden van componenten op het plaatsen op de printplaten. Het woord preppen is afgeleid van de Engelse term: ‘to prepare’ wat voorbereiden of voorbereiding betekend. Het daadwerkelijke plaatsen van de componenten op de printplaat wordt ook wel bestukken of bestucken genoemd. Het bstukken kan op twee manieren worden gedaan:

  • Doormiddel van Surface Mount Technology SMT, plaatsen van een SMD Surface Mounted Device. Het direct solderen van componenten op de printplaat. Dit wordt meestal gedaan bij kleine componenten doormiddel van machines. Deze machines worden ook wel pick-and-place machines genoemd of P&P.
  • Through-hole bestukken. Hierbij worden de componenten doormiddel van bevestigingspinnetjes door gaatjes in de printplaat aangebracht. Dit gebeurd vooral bij  experimenteerprintplaten en kan zowel met de hand of met behulp van speciale machines worden gedaan.

Afkortingen PWB en PCB voor printplaten
In de mechatronica en elektronica worden veel Engelse termen gebruikt. Ook voor printplaten worden verschillende Engelse termen gebruikt. In de Nederlandse taal wordt een printplaat ook wel gedrukte bedrading genoemd of gedrukte schakeling. In het Engels zijn er ook verschillende termen voor printplaten. In het Engels wordt een printplaat normaal gesproken een printed circuit board genoemd. Dit wordt ook wel afgekort met PCB. Daarnaast wordt ook de Engelse term printed wiring board (PWB) genoemd voor printplaten, deze term is echter minder gebruikelijk.

Verschil tussen PWB en PCB
IPC is de beroepsorganisatie die zich inzet voor standaardisatie in de elektronica industrie. Deze instantie heeft verschillende vestigingen over de hele wereld waaronder een aantal vestigingen in Europa in Zweden in de plaats Stockholm. IPC  probeert onder  andere duidelijkheid te verschaffen in de elektronica door omschrijvingen en definities te bieden over de componenten en technieken die worden gebruikt in de elektronica.  Het IPC beschrijft bijvoorbeeld het onderscheid tussen een printed wiring board (PWB) en een printed circuit board (PCB). Het verschil tussen een PWB en een PCB wordt door het IPC uitgelegd op basis van het doel waar de desbetreffende printplaat wordt gebruikt:

  • Een printed wiring board of een PWB is een printplaat die alleen wordt gebruikt als doorverbindend element.
  • Een Printed Circuit Board of een PCB is een printed wiring board alleen bevat deze naast doorverbindingen ook elektronische functies.

Wat betekent de afkorting PCBA?
De afkorting PCBA wordt in het Engels als volgt omschreven Printed Circuit Board Assembly. Dit is een Printed Circuit Board met daarop gesoldeerde componenten. Na het bestukken van een printplaat heeft men een PCBA echter spreekt men in de praktijk vrijwel altijd van een PCB oftewel een printed circuit board.

Wat is doteren en hoe kan dit proces worden uitgevoerd?

In de techniek kunnen pure materialen worden gebruikt voor de fabricage van producten. Het kan echter voorkomen dat bepaalde materialen in pure vorm niet over de gewenste eigenschappen beschikken voor een specifiek product. De eigenschappen van de materialen kunnen worden verbetert op verschillende manieren. Één van deze manieren is doteren. Het woord ‘doteren’ is afgeleid van het Latijnse woord ‘dotare’, dit betekend voorzien.

Doteren is een proces waarbij onzuiverheden in basismateriaal worden geplaatst. In feite worden doormiddel van doteren vreemde atomen toegevoegd aan het kristalrooster van een basismateriaal.

Hoe gaat doteren in zijn werk?
Het doel van doteren is het veranderen en verbeteren van de materiaaleigenschappen. Vooral in de halfgeleidertechnologie wordt het woord doteren regelmatig gebruikt. Een halfgeleider heeft over het algemeen de structuur van een isolator. Aan deze structuur worden zeer specifieke onzuiverheden toegevoegd. Het kristallijne basismateriaal wordt tijdens het doteren voorzien van atomen van een ander materiaal. Er ontstaat doormiddel van doteren een overschot aan vrije elektronen in het materiaal of juist een te kort aan vrije elektronen. Hierdoor wordt materiaal geleidend in de vorm van elektronengeleiding en gatengeleiding en wordt het oorspronkelijk isolerende basismateriaal verandert in een halfgeleidend materiaal.

Methodes door doteren
Er zijn verschillende manieren om het doteren uit te voeren. De meest gangbare methodes voor doteren zijn ionenimplantatie en diffusie. Deze twee methodes worden hieronder kort toegelicht.

Doteren doormiddel van ionenimplantatie
Doteren doormiddel van ionenimplantatie gebeurd met een ionenbron onder vacuüm. Over het algemeen is de ionenbron een speciale variant van een deeltjesversneller. In deze ionenbron wordt gebruik gemaakt van een magneetveld. Door het magneetveld worden ionen met de juiste massa afgescheiden. Het elektrische veld zorgt er voor dat de ionen worden versneld. De ionen worden door het elektrische veld vervolgens richting het materiaal, dat gedoteerd moet worden, geschoten. Dit gebeurd met zeer grote snelheden van meer dan 300.000 kilometer per uur. De ionen kunnen op verschillende dieptes het basismateriaal binnendringen.

Deze indringdiepte is afhankelijk van de grootte van het ion en het materiaal dat ingeplant moet worden in het basismateriaal. De onderdelen van het proces dat verbonden is aan ionenimplantatie kunnen nauwkeurig op elkaar worden afgestemd. Het is mogelijk om de snelheid van de ionen te regelen en versnellerspanning af te stemmen op het materiaal. Hiermee kan de indringdiepte van de ionen goed worden geregeld. Dit zorgt er voor dat de halfgeleider, die tijdens dit proces wordt gemaakt, over de juiste eigenschappen beschikt.

Doteren doormiddel van diffusie
Diffusie kan ook worden gebruikt als methode voor het doteren. Dit proces wordt meestal in twee stappen uitgevoerd. De eerste stap is het aanbrengen van een laag met een hoge concentratie onzuiverheden op het basismateriaal. Dit aanbrengen wordt ook wel predepositie genoemd. Vervolgens wordt het geheel doormiddel van warmte behandelt. Bij een hoge temperatuur worden de onzuiverheden in het kristalrooster opgenomen. Dit is doteren doormiddel van diffusie.

Wat is preppen en bestukken van componenten op printplaten?

Machines, werktuigen en computers bevatten veel elektronica. De elektronica bestaat uit verschillende hardware componenten. Deze hardware componenten worden ontworpen door hardware engineers. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan printplaten. Een printplaat is meestal groen gekleurd en bevat verschillende componenten. Printplaten zijn gemaakt van epoxy, kunststof of glasvezel. Printplaten bevatten een sporenpatroon. Dit sporenpatroon kan aan één kant van de printplaat zijn aangebracht maar het is ook goed mogelijk dat er aan beide kanten van de printplaat sporenpatronen zijn geplaatst. Sporenpatronen zijn gedrukte elektrische bedragen. Deze sporen worden gemaakt van materiaal dat goed geleid zoals koper, daarom noemt men sporenbanen ook wel koperbanen. Koperbanen worden doormiddel van frezen of etsen aangebracht op de printplaat.

Preppen van componenten
Preppen is een woord dat is afgeleid van het Engelse “to prepare”, dit betekend voorbereiden. Preppen wordt in de bouw of samenstellen van printplaten gebruikt voor voorbereidende werkzaamheden. Hierbij worden componenten klaargemaakt voor het plaatsen op printplaten. De componenten kunnen op twee verschillende manieren worden geplaatst in printplaten. In de volgende alinea is hierover informatie weergegeven.

Bestukken van printplaten
Het bevestigingen van componenten op printplaten wordt ook wel bestukken of bestucken genoemd. Dit kan op twee manieren. Zo kunnen componenten worden geplaatst in gaatjes. Dit wordt ook wel through-hole bestukken genoemd. Voor elk component dienen twee gaatjes worden geboord. In de stroombaan. Als bijvoorbeeld een weerstandje op een printplaat wordt geplaatst dan is er een gaatje aan het begin van het component en een gaatje aan het einde van het component. Het component verbindt de stoombaan met elkaar dat wil zeggen dat onder het component de stroombaan niet doorloopt maar onderbroken is. Through-hole bestukken wordt veel gedaan door mensen die voor de hobby schakelingen bouwen op een experimenteerprintplaat.

Een andere bevestigingsmethode van onderdelen op printplaten is Surface
Mount Technology SMT. Hierbij maakt men gebruik van SMD’s. De afkorting SMD staat voor Surface Mounted Device (SMD). Deze Engelse term kan in het Nederlands worden vertaald met:  ‘onderdeel dat op de oppervlakte is gemonteerd’. SMD componenten zijn over het algemeen kleiner dan Through-hole componenten. Doormiddel van SMT worden componenten rechtstreeks op de print geslodeerd. Dit is zeer nauwkeurig werk dat zowel met de hand kan worden gedaan als doormiddel van een machine. De machines die hiervoor gebruikt worden zijn zogenoemde pick-and-place machines. De uiteinden van het component (SMD) worden bij SMT niet door de printplaat heen gestoken maar worden er tegenaan gesoldeerd.

Printed circuit board (PCB)
Na het bestukken van een printplaat heeft men een printed circuit board (PCB). In feite is dit een Printed Circuit Board Assembly omdat de componeten er reeds op zijn aangebracht. In de praktijk spreekt men echter van een printed circuit board. Deze printplaat bevat naast doorverbindingen ook verschillende elektronische functies. Daarmee verschilt de PCB van een PWB omdat de PWB alleen doorverbindingen bevat. Daarom staat de afkorting PWB ook voor printed wiring board.