Leiterplatte (PCB) sind die Eckpfeiler fast aller elektronischen Geräte. Diese erstaunlichen PCBs finden sich in vielen fortschrittlichen und grundlegenden Elektronikgeräten, einschließlich Android-Telefonen, Laptops, Computern, Taschenrechnern, Smartwatches und mehr. In einer sehr einfachen Sprache ist eine Leiterplatte eine Platine, die elektronische Signale in einem Gerät leitet, was dazu führt, dass die elektrische Leistung und die Anforderungen des Geräts vom Designer festgelegt werden.

Die Leiterplatte besteht aus einem Substrat aus FR-4-Material und Kupferpfaden in der gesamten Schaltung mit Signalen auf der gesamten Platine.

Vor dem PCB-Design muss der Designer elektronischer Schaltungen die PCB-Fertigungswerkstatt besuchen, um die Kapazitäten und Grenzen der PCB-Herstellung vollständig zu verstehen. Einrichtungen. Dies ist wichtig, da sich viele PCB-Designer der Grenzen von PCB-Fertigungsstätten nicht bewusst sind und wenn sie ein Designdokument an eine PCB-Fertigungsstätte/-einrichtung senden, sie zurückkommen und Änderungen anfordern, um die Kapazität/Grenzen des PCB-Fertigungsprozesses zu erfüllen. Wenn der Schaltungsdesigner jedoch für ein Unternehmen arbeitet, das keine eigene PCB-Fertigung hat, und das Unternehmen die Arbeit an ein ausländisches PCB-Fertigungswerk auslagert, muss der Designer den Hersteller online kontaktieren und nach Grenzwerten oder Spezifikationen fragen, wie z B. maximale Kupferplattendicke pro Minute, maximale Lagenzahl, minimale Öffnung und maximale Größe der Leiterplatten.

In diesem Whitepaper konzentrieren wir uns auf den PCB-Herstellungsprozess, daher wird dieses Paper für Schaltungsdesigner hilfreich sein, um den PCB-Herstellungsprozess schrittweise zu verstehen, um Designfehler zu vermeiden.

Prozessschritte der Leiterplattenherstellung

Schritt 1: PCB-Design und GERBER-Dateien

< p> Schaltungsdesigner zeichnen schematische Diagramme in CAD-Software für das Layout-PCB-Design. Der Designer muss sich mit dem PCB-Hersteller über die Software abstimmen, die zum Layout des PCB-Designs verwendet wird, damit keine Kompatibilitätsprobleme auftreten. Die beliebteste CAD-Software für PCB-Design ist Altium Designer, Eagle, ORCAD und Mentor PADS.

Nachdem das PCB-Design zur Herstellung akzeptiert wurde, generiert der Designer eine Datei aus dem akzeptierten Design des PCB-Herstellers. Diese Datei wird als GERBER-Datei bezeichnet. Gerber-Dateien sind Standarddateien, die von den meisten PCB-Herstellern verwendet werden, um Komponenten des PCB-Layouts anzuzeigen, wie z. B. Kupfer-Tracking-Layer und Schweißmasken. Gerber-Dateien sind 2D-Vektorbilddateien. Der verlängerte Gerber sorgt für perfekten Output.

Die Software verfügt über vom Benutzer/Designer definierte Algorithmen mit Schlüsselelementen wie Spurbreite, Plattenkantenabstand, Spur- und Lochabstand und Lochgröße. Der Algorithmus wird vom Designer ausgeführt, um auf Fehler im Design zu prüfen. Nachdem das Design validiert wurde, wird es an den Leiterplattenhersteller gesendet, wo es auf DFM überprüft wird. DFM-Prüfungen (Manufacturing Design) werden verwendet, um minimale Toleranzen für PCB-Designs sicherzustellen.

< b&gt; Schritt 2: GERBER zum Foto

Der spezielle Drucker zum Drucken von PCB-Fotos wird als Plotter bezeichnet. Diese Plotter bedrucken Leiterplatten auf Film. Diese Filme werden verwendet, um PCBS abzubilden. Plotter sind in den Drucktechniken sehr genau und können sehr detaillierte PCB-Designs liefern.

Die vom Plotter entfernte Plastikfolie ist eine mit schwarzer Tinte bedruckte Leiterplatte. Bei der Innenschicht stellt die schwarze Tinte die leitende Kupferbahn dar, während der blanke Teil den nichtleitenden Teil darstellt. Andererseits wird für die äußere Schicht die schwarze Tinte weggeätzt und der leere Bereich für das Kupfer verwendet. Diese Filme sollten ordnungsgemäß aufbewahrt werden, um unnötigen Kontakt oder Fingerabdrücke zu vermeiden.

Jede Schicht hat ihren eigenen Film. Die Schweißmaske hat eine separate Folie. Alle diese Filme müssen zusammen ausgerichtet werden, um die PCB-Ausrichtung zu zeichnen. Diese PCB-Ausrichtung wird durch Justieren der Werkbank, auf die die Folie passt, erreicht, und eine optimale Ausrichtung kann nach einer geringfügigen Kalibrierung der Werkbank erreicht werden. Diese Filme müssen Ausrichtungslöcher haben, um einander genau zu halten. Der Fixierstift passt in das Fixierloch.

Schritt 3: Innendruck: Fotolack und Kupfer

Diese fotografischen Filme werden nun auf Kupferfolie gedruckt. Der Grundaufbau einer Leiterplatte besteht aus Laminat. Das Kernmaterial ist Epoxidharz und Glasfaser, die als Basismaterial bezeichnet wird. Das Laminat nimmt das Kupfer auf, aus dem die Leiterplatte besteht. Das Substrat bietet eine leistungsstarke Plattform für PCBS. Beide Seiten sind mit Kupfer bedeckt. Der Prozess beinhaltet das Entfernen von Kupfer, um das Design der Folie freizulegen.

Dekontamination ist wichtig für die Reinigung von PCBS von Kupferlaminaten. Stellen Sie sicher, dass sich keine Staubpartikel auf der Leiterplatte befinden. Andernfalls kann der Stromkreis kurz oder unterbrochen sein

Jetzt wird ein Photoresistfilm verwendet. Fotolack besteht aus lichtempfindlichen Chemikalien, die bei ultravioletter Strahlung aushärten. Es ist darauf zu achten, dass Fotofilm und Fotolackfilm exakt zusammenpassen.

Diese fotografischen und fotolithografischen Filme werden durch Fixierstifte am Laminat befestigt. Nun wird ultraviolette Strahlung angewendet. Die schwarze Tinte auf dem fotografischen Film blockiert ultraviolettes Licht, wodurch das darunterliegende Kupfer verhindert und der Photoresist unter den schwarzen Tintenspuren nicht gehärtet wird. Der transparente Bereich wird UV-Licht ausgesetzt, wodurch der überschüssige Fotolack ausgehärtet wird, der entfernt wird.

Die Platte wird dann mit einer alkalischen Lösung gereinigt, um überschüssigen Fotolack zu entfernen. Die Platine trocknet nun.

PCBs können jetzt die Kupferdrähte, die zur Herstellung von Leiterbahnen verwendet werden, mit Korrosionsschutzmitteln bedecken. Wenn die Platte zweilagig ist, wird sie zum Bohren verwendet, ansonsten werden weitere Schritte unternommen.

Schritt 4: Entfernen Sie unerwünschtes Kupfer

Verwenden Sie eine starke Kupferlösung, um überschüssiges Kupfer zu entfernen, genauso wie eine alkalische Lösung überschüssigen Fotolack entfernt. Das Kupfer unter dem gehärteten Fotolack wird nicht entfernt.

Der nun ausgehärtete Fotolack wird entfernt, um das benötigte Kupfer zu schützen. Dies geschieht durch Abwaschen der Leiterplatte mit einem anderen Lösungsmittel.

Schritt 5: Lagenausrichtung und optische Inspektion

Nachdem alle Schichten vorbereitet wurden, richten sie sich aneinander aus. Dies kann durch Stanzen des Registrierungslochs erfolgen, wie im vorherigen Schritt beschrieben. Techniker legen alle Schichten in eine Maschine, die als „optische Stanzmaschine“ bezeichnet wird. Diese Maschine stanzt Löcher genau.

Die Anzahl der platzierten Layer und aufgetretene Fehler können nicht rückgängig gemacht werden.

Ein automatischer optischer Detektor verwendet einen Laser, um Fehler zu erkennen und das digitale Bild mit einer Gerber-Datei zu vergleichen.

Schritt 6: Ebenen und Bindungen hinzufügen

In diesem Stadium werden alle Schichten, einschließlich der äußeren Schicht, miteinander verklebt. Alle Schichten werden auf dem Substrat gestapelt.

Die äußere Schicht besteht aus Glasfaser „vorimprägniert“ mit einem Epoxidharz namens vorimprägniert. Die Ober- und Unterseite des Substrats wird mit dünnen Kupferschichten bedeckt, die mit Kupferspuren geätzt sind.

Schwerer Stahltisch mit Metallklammern zum Kleben/Pressen von Schichten. Diese Schichten sind fest mit dem Tisch verbunden, um Bewegungen während der Kalibrierung zu vermeiden.

Installieren Sie die Prepreg-Schicht auf dem Kalibrierungstisch, installieren Sie dann die Substratschicht darauf und platzieren Sie dann die Kupferplatte. Auf ähnliche Weise werden weitere Prepreg-Platten platziert und schließlich vervollständigt die Aluminiumfolie den Stapel.

Der Computer automatisiert den Prozess der Presse, indem er den Stapel aufheizt und mit einer kontrollierten Geschwindigkeit abkühlt.

Jetzt entfernen Techniker den Stift und die Druckplatte, um das Paket zu öffnen.

Schritt 7: Löcher bohren

Jetzt ist es an der Zeit, Löcher in gestapelte Leiterplatten zu bohren. Präzisionsbohrer können mit hoher Präzision Löcher mit einem Durchmesser von 100 Mikrometern erzielen. Der Bit ist pneumatisch und hat eine Spindeldrehzahl von ca. 300K U/min. Aber selbst bei dieser Geschwindigkeit braucht der Bohrvorgang Zeit, denn jedes Loch braucht Zeit, um perfekt zu bohren. Genaue Identifizierung der Bitposition mit röntgenbasierten Identifikatoren.

Auch Bohrdateien werden vom PCB-Designer frühzeitig für den PCB-Hersteller generiert. Diese Bohrdatei bestimmt die winzige Bewegung des Bits und bestimmt die Position des Bohrers.Diese Löcher werden nun durch Löcher und Löcher plattiert.

Schritt 8: Plattieren und Kupferabscheidung

Nach sorgfältiger Reinigung wird die Leiterplattenplatte nun chemisch abgeschieden. Während dieser Zeit werden dünne Kupferschichten (1 Mikrometer dick) auf der Oberfläche der Platte abgeschieden. Kupfer fließt in das Bohrloch. Die Wände der Löcher sind komplett verkupfert. Der gesamte Vorgang des Eintauchens und Entfernens wird von einem Computer gesteuert

Schritt 9: Bilden Sie die äußere Schicht ab

Wie bei der Innenschicht wird auf die Außenschicht Fotolack aufgetragen, die Prepreg-Platte und der miteinander verbundene schwarze Farbfilm sind nun im gelben Raum mit ultraviolettem Licht aufgeplatzt. Fotolack härtet aus. Die Platte wird nun maschinell gewaschen, um den durch die Deckkraft der schwarzen Tinte geschützten Härtungsresist zu entfernen.

Schritt 10: Beschichtung der äußeren Schicht:

Eine galvanisierte Platte mit einer dünnen Kupferschicht. Nach der anfänglichen Kupferbeschichtung wird die Platte verzinnt, um jegliches auf der Platte verbliebene Kupfer zu entfernen. Zinn während der Ätzphase verhindert, dass der erforderliche Abschnitt der Platte mit Kupfer versiegelt wird. Durch Ätzen wird unerwünschtes Kupfer von der Platte entfernt.

Schritt 11: Ätzen

Unerwünschtes Kupfer und Kupfer werden aus der Restlackschicht entfernt. Chemikalien werden verwendet, um überschüssiges Kupfer zu reinigen. Zinn hingegen deckt das benötigte Kupfer ab. Es führt nun endlich zur richtigen Verbindung und Spur

Schritt 12: Auftragen der Schweißmaske

Reinigen Sie das Panel und die Epoxid-Lotblockierfarbe bedeckt das Panel. Durch den fotografischen Film der Schweißmaske wird UV-Strahlung auf die Platte aufgebracht. Der überlagerte Teil bleibt ungehärtet und wird entfernt. Legen Sie nun die Platine in den Ofen, um die Lötfolie zu reparieren.

Schritt 13: Oberflächenbehandlung

HASL (Hot Air Solder Leveling) bietet zusätzliche Lötmöglichkeiten für PCBs. RayPCB (https://raypcb.com/pcb-fabrication/) bietet Gold-Immersion und Silber-Immersion HASL. HASL bietet sogar Pads. Dies führt zu einem Oberflächenfinish.

Schritt 14: Siebdruck

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PCBS befinden sich in der Endphase und akzeptieren Tintenstrahldruck/-beschriftung auf der Oberfläche. Dies wird verwendet, um wichtige Informationen in Bezug auf die Leiterplatte darzustellen.

Schritt 15: Elektrischer Test

Der letzte Schritt ist der elektrische Test der endgültigen Leiterplatte. Der automatische Prozess überprüft die Funktionalität der Leiterplatte auf Übereinstimmung mit dem ursprünglichen Design. Bei RayPCB bieten wir Flying-Nadel-Tests oder Nagelbetttests an.

Schritt 16: Analysieren

Der letzte Schritt besteht darin, die Platte aus der Originalplatte zu schneiden. Dazu wird die Oberfräse verwendet, indem entlang der Kanten der Platine kleine Etiketten angebracht werden, damit die Platine leicht aus der Platte ausgeworfen werden kann.