Herstellungsverfahren für Leiterplatten

Gedruckte Schaltung Gleichstrom um ihre Oberfläche durch ein Netzwerk von Kupferwegen. Das komplexe System von Kupferwegen bestimmt die einzigartige Rolle jedes Stücks elektronischer Platine. Gedruckte Leiterplatten – PCB bilden das Rückgrat aller wichtigen elektronischen Produkte.Und die Leiterplatten, die in fast allen Computerelektroniken verwendet werden, von einfachen Geräten wie Digitaluhren, Taschenrechnern usw. Eine Leiterplatte leitet elektrische Signale durch die Elektronik, die die elektrischen und mechanischen Schaltungsanforderungen des Geräts erfüllt.Kurz gesagt, PCB sagen der Elektrizität, wohin sie gehen soll, und erwecken Ihre Elektronik zum Leben.

Schritte des PCB-Herstellungsprozesses

Schritt 1: PCB-Layout und Ausgabe

Elektronische Platinen sollten streng kompatibel mit einem PCB-Layout sein, das vom Designer mithilfe von PCB-Designsoftware erstellt wurde.Häufig verwendete PCB-Designsoftware umfasst Eagle, Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad usw.

HINWEIS: Die vom Leiterplattenhersteller am häufigsten verwendete PCB-Software ist AD DXP PROTEL CMA350 PADS ect.

Sobald das PCB-Design für die Produktion genehmigt wurde, exportieren Designer das Design in ein Format, das ihre Hersteller unterstützen.Das am häufigsten verwendete Programm heißt Extended Gerber. Gerber ist auch unter dem Namen IX274X bekannt. Unterschiedliche Generationen von Gerber-Software Das PCB-Design wird an dieser Stelle überprüft.Die Software führt Überwachungsalgorithmen für das Design durch, um sicherzustellen, dass keine Fehler unentdeckt bleiben.Konstrukteure untersuchen den Plan auch im Hinblick auf Elemente in Bezug auf Leiterbahnbreite, Brettkantenabstand, Spur- und Lochabstand und Lochgröße.

Nach einer gründlichen Prüfung leiten die Designer die PCB-Datei zur Herstellung an den PCB-Hersteller weiter.Um sicherzustellen, dass das Design die Anforderungen an die Mindesttoleranzen während des Herstellungsprozesses erfüllt, führen fast alle Leiterplattenhersteller vor der Herstellung der Leiterplatten eine Design for Manufacture (DFM)-Prüfung durch.

Schritt 2: Von der Datei zum Film – Zeichnen Sie eine Abbildung des Kupferpfads auf

Die Leiterplattenhersteller verwenden einen speziellen Drucker namens Plotter, der Fotofilme der Leiterplatten herstellt, um Leiterplatten zu bedrucken.Hersteller werden die Filme verwenden, um die Leiterplatten abzubilden.Obwohl es sich um einen Laserdrucker handelt, handelt es sich nicht um einen Standard-Laserstrahldrucker.Plotter verwenden eine unglaublich präzise Drucktechnologie, um einen hochdetaillierten Film des PCB-Designs zu erstellen.
Film

Das Endprodukt ergibt eine Plastikfolie mit einem Fotonegativ der Leiterplatte in schwarzer Tinte.Für die inneren Schichten der Leiterplattenschaltung stellt schwarze Tinte die leitfähigen Kupferteile der Leiterplatte dar.Der verbleibende klare Teil des Bildes bezeichnet die Bereiche aus nichtleitendem Material.Die äußeren Schichten folgen dem entgegengesetzten Muster: klar für Kupfer, aber schwarz bezieht sich auf den Bereich, der weggeätzt wird.Der Plotter entwickelt den Film automatisch und der Film wird sicher aufbewahrt, um unerwünschten Kontakt zu vermeiden.

Jede Schicht aus PCB (Printed Circuit Board) und Lötstoppmaske erhält eine eigene transparente und schwarze Folie.Insgesamt benötigt eine zweilagige Leiterplatte vier Bleche: zwei für die Lagen und zwei für den Lötstopplack.Bezeichnenderweise müssen alle Filme perfekt aufeinander abgestimmt sein.Wenn sie zusammen verwendet werden, bilden sie die Leiterplattenausrichtung ab. Um eine perfekte Ausrichtung aller Folien zu erreichen, sollten Passlöcher durch alle Folien gestanzt werden.Die Exaktheit des Lochs erfolgt durch Justieren des Tisches, auf dem die Folie aufliegt.Wenn die winzigen Kalibrierungen des Tisches zu einer optimalen Übereinstimmung führen, wird das Loch gestanzt.Die Löcher passen im nächsten Schritt des Bildgebungsprozesses in die Registrierungsstifte.

Film
Schritt 3: Herstellung der Innenschichten - Drucken Sie die Figur auf der Folie auf eine Kupferfolie.

Dieser Schritt bei der Herstellung von Leiterplatten bereitet die eigentliche Herstellung von Leiterplatten vor.Die Grundform der PCB (Printed Circuit Board) besteht aus einer Laminatplatte, deren Kernmaterial Epoxidharz und Glasfasern sind, die auch als Substratmaterial bezeichnet werden.Laminat dient als idealer Körper zur Aufnahme des Kupfers, das die Leiterplatte strukturiert.Das Substratmaterial bietet einen stabilen und staubresistenten Ausgangspunkt für die Leiterplatte.Kupfer ist auf beiden Seiten vorgebondet.Der Prozess beinhaltet das Wegschneiden des Kupfers, um das Design aus den Filmen freizulegen.

Beim Leiterplattenbau (Printed Circuit Board) kommt es auf Sauberkeit an.Das kupferseitige Laminat wird gereinigt und in eine dekontaminierte Umgebung geleitet.Dabei ist es wichtig, dass sich keine Staubpartikel auf dem Laminat absetzen.Ein verirrter Schmutzfleck könnte sonst dazu führen, dass ein Stromkreis kurzgeschlossen wird oder offen bleibt.
Das kupferseitige Laminat sauber
Als nächstes erhält die saubere Platte eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Film, der als Fotoresist bezeichnet wird.Der Photoresist umfasst eine Schicht aus photoreaktiven Chemikalien, die nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht aushärten.Dadurch wird eine exakte Anpassung der Fotofilme an den Fotolack gewährleistet.Die Folien passen auf Stifte, die sie über der Laminatplatte an Ort und Stelle halten. Die Folie und die Platte richten sich aus und erhalten eine Explosion von UV-Licht.Das Licht durchdringt die durchsichtigen Teile des Films und härtet den Fotolack auf dem Kupfer darunter aus.Die schwarze Tinte des Plotters verhindert, dass das Licht die Bereiche erreicht, die nicht aushärten sollen, und sie sind zum Entfernen vorgesehen.

Nachdem die Leiterplatte vorbereitet ist, wird sie mit einer alkalischen Lösung gewaschen, die jeglichen ungehärteten Fotolack entfernt.Eine abschließende Druckwäsche entfernt alles andere, was auf der Oberfläche zurückgeblieben ist.Die Platte wird dann getrocknet.

Das Produkt tritt mit Resist aus, der die Kupferbereiche, die in der endgültigen Form verbleiben sollen, richtig bedeckt.Ein Techniker untersucht die Platinen, um sicherzustellen, dass während dieser Phase keine Fehler auftreten.Der gesamte zu diesem Zeitpunkt vorhandene Resist bezeichnet das Kupfer, das in der fertigen Leiterplatte (Leiterplatte) austreten wird. Dieser Schritt gilt nur für Leiterplatten mit mehr als zwei Schichten.Einfache zweischichtige Platten gehen direkt zum Bohren über.Mehrlagige Platinen erfordern mehr Schritte.

Schritt 4: Entfernen des unerwünschten Kupfers

Nachdem der Fotolack entfernt ist und der gehärtete Lack das Kupfer bedeckt, das wir behalten möchten, geht die Platine zur nächsten Stufe über: unerwünschte Kupferentfernung.So wie die alkalische Lösung den Resist entfernt, frisst ein stärkeres chemisches Präparat das überschüssige Kupfer weg.Das Kupfer-Lösungsmittel-Lösungsbad entfernt das gesamte freigelegte Kupfer.Unterdessen bleibt das gewünschte Kupfer vollständig geschützt unter der gehärteten Fotolackschicht.

Nicht alle Kupferplatinen sind gleich.Einige schwerere Platinen erfordern größere Mengen an Kupferlösungsmittel und unterschiedliche Einwirkzeiten.Als Nebenbemerkung erfordern schwerere Kupferplatinen zusätzliche Aufmerksamkeit für den Leiterbahnabstand.Die meisten Standard-Leiterplatten beruhen auf ähnlichen Spezifikationen.

Nachdem das Lösungsmittel das unerwünschte Kupfer entfernt hat, muss der gehärtete Resist, der das bevorzugte Kupfer schützt, abgewaschen werden.Ein anderes Lösungsmittel erfüllt diese Aufgabe.Die Platine glänzt jetzt nur noch mit dem für die Leiterplatte notwendigen Kupfersubstrat.
Schritt 5: Schichtausrichtung und optische Inspektion

Wenn alle Schichten sauber und bereit sind, benötigen die Schichten Ausrichtungsstanzen, um sicherzustellen, dass sie alle ausgerichtet sind.Die Registrierungslöcher richten die inneren Schichten an den äußeren aus.Der Techniker platziert die Schichten in einer Maschine, die als optische Stanze bezeichnet wird, die eine genaue Übereinstimmung ermöglicht, sodass die Registrierungslöcher genau gestanzt werden.

Sobald die Schichten zusammengefügt sind, ist es unmöglich, Fehler zu korrigieren, die auf den inneren Schichten auftreten.Eine weitere Maschine führt eine automatische optische Inspektion der Platten durch, um die vollständige Fehlerfreiheit zu bestätigen.Als Vorlage dient der Originalentwurf von Gerber, den der Hersteller erhalten hat.Die Maschine scannt die Schichten mit einem Lasersensor und vergleicht das digitale Bild elektronisch mit der ursprünglichen Gerber-Datei.

Stellt die Maschine eine Unstimmigkeit fest, wird der Vergleich auf einem Monitor zur Beurteilung durch den Techniker angezeigt.Sobald die Schicht die Inspektion bestanden hat, geht sie in die letzten Phasen der Leiterplattenproduktion über.
 

Schritt 6: Layer-up und Bond

In dieser Phase nimmt die Leiterplatte Gestalt an.Alle getrennten Schichten warten auf ihre Vereinigung.Wenn die Schichten fertig und bestätigt sind, müssen sie nur noch miteinander verschmelzen.Deckschichten müssen sich mit dem Untergrund verbinden.Der Prozess erfolgt in zwei Schritten: Layer-up und Bonding.

Das Material der Außenschicht besteht aus Glasfaserplatten, die mit Epoxidharz vorimprägniert sind.Die Abkürzung dafür heißt Prepreg.Eine dünne Kupferfolie bedeckt auch die Ober- und Unterseite des ursprünglichen Substrats, das die Kupferspurätzungen enthält.Jetzt ist es Zeit, sie zusammenzufügen.

Die Verklebung erfolgt auf einem schweren Stahltisch mit Metallklammern.Die Schichten passen sicher in Stifte, die am Tisch befestigt sind.Alles muss passgenau sitzen, um ein Verrutschen beim Ausrichten zu vermeiden.

Ein Techniker beginnt damit, eine Prepreg-Schicht über dem Ausrichtungsbecken zu platzieren.Die Substratschicht passt über das Prepreg, bevor das Kupferblech platziert wird.Auf der Kupferschicht sitzen weitere Prepreg-Platten.Schließlich vervollständigen eine Aluminiumfolie und eine Kupferpressplatte den Stapel.Jetzt ist es zum Pressen vorbereitet.

Der gesamte Vorgang durchläuft einen automatischen Routineablauf durch den Klebepressenrechner.Der Computer orchestriert den Prozess des Aufheizens des Stapels, den Punkt, an dem Druck ausgeübt wird, und wann der Stapel mit einer kontrollierten Geschwindigkeit abkühlen muss.
Als nächstes findet ein gewisses Maß an Entpacken statt.Wenn alle Schichten zu einem Super-Sandwich aus PCB-Glanz zusammengeformt sind, packt der Techniker einfach das mehrschichtige PCB-Produkt aus.Es ist einfach, die Haltestifte zu entfernen und die obere Druckplatte wegzuwerfen.Die PCB-Güte tritt siegreich aus ihrer Hülle aus Aluminium-Pressplatten hervor.Die Kupferfolie, in den Prozess einbezogen, besteht weiterhin aus den äußeren Schichten der Leiterplatte.

Schritt 7: Bohren

Abschließend werden Löcher in das Stapelbrett gebohrt.Alle späteren Komponenten wie kupferverbindende Durchkontaktierungen und bedrahtete Aspekte sind auf die Genauigkeit von Präzisionsbohrungen angewiesen.Die Löcher werden haarbreit gebohrt – der Bohrer erreicht einen Durchmesser von 100 Mikrometern, während Haare durchschnittlich 150 Mikrometer groß sind.

Um den Standort der Bohrziele zu finden, identifiziert ein Röntgenortungsgerät die richtigen Bohrzielstellen.Dann werden geeignete Ausrichtungslöcher gebohrt, um den Stapel für die Reihe spezifischerer Löcher zu sichern.

Vor dem Bohren legt der Techniker eine Platte mit Puffermaterial unter das Bohrziel, um sicherzustellen, dass eine saubere Bohrung durchgeführt wird.Das Ausgangsmaterial verhindert unnötiges Einreißen an den Ausgängen des Bohrers.

Ein Computer steuert jede Mikrobewegung des Bohrers - es ist nur natürlich, dass ein Produkt, das das Verhalten von Maschinen bestimmt, auf Computer angewiesen ist.Die computergesteuerte Maschine verwendet die Bohrdatei aus dem ursprünglichen Entwurf, um die richtigen Stellen zum Bohren zu identifizieren.

Die Bohrer verwenden luftbetriebene Spindeln, die sich mit 150.000 U/min drehen.Bei dieser Geschwindigkeit könnte man meinen, dass das Bohren im Handumdrehen passiert, aber es gibt viele Löcher zu bohren.Eine durchschnittliche Leiterplatte enthält weit über hundert Bohrungspunkte.Beim Bohren braucht jeder seinen eigenen speziellen Moment mit dem Bohrer, also braucht es Zeit.Die Löcher beherbergen später die Durchkontaktierungen und mechanischen Befestigungslöcher für die Leiterplatte.Die endgültige Befestigung dieser Teile erfolgt später nach dem Plattieren.

Schritt 8: Plattierung und Kupferabscheidung

Nach dem Bohren bewegt sich die Platte auf die Beschichtung.Der Prozess verschmilzt die verschiedenen Schichten durch chemische Abscheidung miteinander.Nach einer gründlichen Reinigung wird die Platte einer Reihe von chemischen Bädern unterzogen.Während der Bäder scheidet ein chemischer Abscheidungsprozess eine dünne Kupferschicht – etwa einen Mikrometer dick – auf der Oberfläche der Platte ab.Das Kupfer geht in die kürzlich gebohrten Löcher.

Vor diesem Schritt legt die Innenfläche der Löcher einfach das Glasfasermaterial frei, das das Innere der Platte bildet.Die Kupferbäder bedecken oder plattieren vollständig die Wände der Löcher.Das gesamte Panel erhält übrigens eine neue Kupferschicht.Am wichtigsten ist, dass die neuen Löcher abgedeckt werden.Computer steuern den gesamten Vorgang des Eintauchens, Entnehmens und Verarbeitens.

Schritt 9: Abbildung der äußeren Schicht

In Schritt 3 haben wir Fotolack auf das Panel aufgetragen.In diesem Schritt machen wir es noch einmal – außer dass wir dieses Mal die äußeren Schichten des Panels mit PCB-Design abbilden.Wir beginnen mit den Schichten in einem sterilen Raum, um zu verhindern, dass Verunreinigungen an der Schichtoberfläche haften bleiben, und tragen dann eine Schicht Fotolack auf die Platte auf.Die vorbereitete Platte gelangt in den gelben Raum.UV-Licht beeinflusst den Fotolack.Die Wellenlängen des gelben Lichts tragen keine UV-Niveaus, die ausreichen, um den Fotolack zu beeinträchtigen.

Transparentfolien mit schwarzer Tinte werden durch Stifte gesichert, um eine Fehlausrichtung mit dem Panel zu verhindern.Wenn Platte und Schablone in Kontakt sind, bestrahlt ein Generator sie mit starkem UV-Licht, das den Fotolack aushärtet.Die Platte gelangt dann in eine Maschine, die den ungehärteten Resist entfernt, der durch die Deckkraft der schwarzen Tinte geschützt ist.

Der Prozess steht als Umkehrung zu dem der inneren Schichten.Schließlich werden die äußeren Platten einer Inspektion unterzogen, um sicherzustellen, dass der gesamte unerwünschte Fotolack während der vorherigen Stufe entfernt wurde.

Schritt 10: Beschichtung

Wir kehren in den Galvanisierungsraum zurück.Wie in Schritt 8 galvanisieren wir die Platte mit einer dünnen Kupferschicht.Die belichteten Abschnitte der Platte von der Photoresiststufe der äußeren Schicht erhalten die Kupferelektroplattierung.Nach den anfänglichen Kupferplattierungsbädern erhält die Platte normalerweise eine Zinnplattierung, die die Entfernung des gesamten Kupfers ermöglicht, das auf der zur Entfernung vorgesehenen Platine zurückgeblieben ist.Das Zinn schützt den Abschnitt der Platte, der während der nächsten Ätzstufe mit Kupfer bedeckt bleiben soll.Ätzen entfernt die unerwünschte Kupferfolie von der Platte.

Schritt 11: Endgültiges Ätzen

Das Zinn schützt das gewünschte Kupfer während dieser Phase.Das unerwünschte freigelegte Kupfer und das Kupfer unter der verbleibenden Resistschicht werden entfernt.Auch hier werden chemische Lösungen aufgetragen, um das überschüssige Kupfer zu entfernen.Währenddessen schützt das Zinn das wertvolle Kupfer in dieser Phase. Die leitenden Bereiche und Verbindungen sind nun ordnungsgemäß hergestellt.

Schritt 12: Auftragen der Lötmaske

Bevor der Lötstopplack auf beide Seiten der Platine aufgetragen wird, werden die Platten gereinigt und mit einer Epoxid-Lötstopplacktinte bedeckt.Die Platinen erhalten eine Explosion von UV-Licht, das durch einen Lötstopplack-Fotofilm geht.Die bedeckten Teile bleiben ungehärtet und werden entfernt. Schließlich gelangt die Platine in einen Ofen, um die Lötmaske auszuhärten.

Schritt 13: Oberflächenfinish

Um der Leiterplatte zusätzliche Lötfähigkeit zu verleihen, beschichten wir sie chemisch mit Gold oder Silber.Einige Leiterplatten erhalten während dieser Phase auch heißluftnivellierte Pads.Durch das Heißluft-Nivellieren entstehen gleichmäßige Pads.Dieser Prozess führt zur Erzeugung einer Oberflächenbeschaffenheit.PCBCart kann mehrere Arten von Oberflächenveredelungen gemäß den spezifischen Anforderungen der Kunden verarbeiten.

Schritt 14: Siebdruck

Die fast fertige Platine erhält auf ihrer Oberfläche eine Tintenstrahlschrift, mit der alle wichtigen Informationen zur Leiterplatte angezeigt werden.Die Leiterplatte gelangt schließlich in die letzte Beschichtungs- und Aushärtungsstufe.

Schritt 15: Elektrischer Test

Als letzte Vorsichtsmaßnahme führt ein Techniker elektrische Tests an der Leiterplatte durch.Das automatisierte Verfahren bestätigt die Funktionalität der Leiterplatte und deren Konformität mit dem Originaldesign.Bei PCBCart bieten wir eine erweiterte Version des elektrischen Testens namens Flying Probe Testing an, das auf beweglichen Sonden beruht, um die elektrische Leistung jedes Netzes auf einer blanken Leiterplatte zu testen.

Schritt 16: Profiling und V-Scoring

Jetzt sind wir beim letzten Schritt angelangt: Schneiden.Aus der Originalplatte werden verschiedene Bretter geschnitten.Das verwendete Verfahren konzentriert sich entweder auf die Verwendung eines Routers oder einer V-Rille.Ein Router hinterlässt kleine Laschen entlang der Platinenkanten, während die V-Nut diagonale Kanäle entlang beider Seiten der Platine schneidet.Beide Möglichkeiten ermöglichen, dass die Platinen leicht aus der Platte herausspringen.