So funktioniert der PCB-Herstellungsprozess

Während kundenspezifische Leiterplattenherstellungsind einige Schritte erforderlich, um PCB-HerstellungsprozessDazu gehören Reflow-Löten, optische Inspektion, Lagenausrichtung, Laminierpressen und Galvanisieren. Alle diese Schritte spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung einer Leiterplatte und müssen mit höchster Präzision durchgeführt werden.

Schichtausrichtung und optische Inspektion

Leiterplatten durchlaufen eine Reihe von Prüfungen und Tests, um sicherzustellen, dass sie in einwandfreiem Zustand sind. Diese Prüfungen umfassen optische und automatisierte optische Prüfungen. Die optische Prüfung prüft auf Defekte, während die automatisierte optische Prüfung das Innere untersucht. Schichten einer Leiterplatte.

Bei der optischen Inspektion werden mit Kameras Standbilder und Videos der Platine aufgenommen. Diese Bilder werden dann mit den Daten aus dem Platinendesign verglichen, um ein vollständiges Bild der Einheit zu erstellen.

Das AOI kann zwar viele PCB-Fehler erkennen, ist aber nicht in der Lage, Verbindungen unter BGAs oder anderen Verpackungen zu prüfen. Es kann auch die Breite von Leiterbahnen messen, obwohl das meist nicht die nützlichste Information ist.

Die Röntgenprüfung eignet sich am besten für Leiterplatten mit hoher Bauteildichte. Für große Leiterplatten ist diese Prüfmethode jedoch nicht immer optimal. Zudem kann sie kostspielig sein.

Die visuelle Inspektion hingegen ist nicht so genau, wie es klingt. Auf komplizierten Platinen mit vielen kleinen Komponenten lassen sich Defekte nur schwer erkennen.

Röntgenstrahlen ermöglichen eine detailliertere Prüfung von Lötstellen. Dies ist besonders nützlich bei Platinen mit Chipgehäusen. Ein Chipgehäuse kann darunterliegende Anschlüsse verbergen, aber die Röntgenstrahlen können auch Blasen in Lötstellen sichtbar machen.

Röntgenstrahlen können auch Aufschluss darüber geben, wie viele Komponenten auf der Platine beschichtet wurden. ALT-Systeme eignen sich außerdem hervorragend, um die Menge der aufgetragenen Lötpaste zu bestimmen. Allerdings können Röntgenstrahlen auch durch Interferenzen und Abschirmungen beeinträchtigt sein.

Das Design einer Leiterplatte muss eine Prüfung bestehen, um mit dem nächsten Schritt fortfahren zu können. Diese Prüfungen umfassen elektrische Tests, automatisierte optische Prüfungen und optisches Stanzen. Wenn eine Leiterplatte alle Tests besteht, gelangt sie zu den letzten Schritten der Leiterplattenherstellung.

Reflow-Löten

Das Reflow-Lötverfahren wird typischerweise für die Massenproduktion von Leiterplatten verwendet. Der Prozess umfasst eine Reihe von Schritten, darunter die Vorheiz- und die Reflow-Phase. In der Vorheizphase wird die Leiterplatte auf eine Temperatur gebracht, die etwa fünf Grad Celsius unter der niedrigsten Ausfalltemperatur ihrer Komponenten liegt. In der Reflow-Phase wird die Leiterplatte auf eine höhere Temperatur gebracht, üblicherweise 20 bis 40 Grad Celsius über der Löttemperatur. Der Prozess wird unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Ziel der Vorheizphase ist es, die Leiterplatte konstant auf die Vor-Reflow-Temperatur zu bringen.

Beim Reflow-Löten wird die Leiterplatte auf eine Temperatur zwischen 240 und 250 Grad Celsius erhitzt. Dies geschieht durch den Einsatz einer Infrarotlampe, die die Luft erwärmt. Ziel des Reflow-Lötens ist das Verschmelzen der Lötstellen. Dieser Prozess kommt ohne Thermoschocks aus und erzeugt feste Verbindungen.

Auch beim Reflow-Löten kommt Lötpaste zum Einsatz. Die Paste besteht aus einer Metalllegierung, die in einem Lösungsmittelgemisch suspendiert ist. Ihre Rheologie und Eigenschaften beeinflussen die Qualität der Pastenabscheidung auf den Lötpads. Die Rheologie der Paste hängt von der Menge und Größe der Metallpartikel ab.

Ein weiterer wichtiger Schritt im Reflow-Lötprozess ist das sogenannte Thermal Soak. Dabei wird ein kleiner Bereich der Leiterplatte auf eine bestimmte Temperatur erhitzt. Die Temperatur ist hierbei wichtig, da sie sicherstellt, dass alle Bereiche der Leiterplatte ausreichend Wärme erhalten. Die Temperatur steigt allmählich an, sodass keine Thermoschocks auftreten.

Auch beim Reflow-Löten kommt eine Infrarotlampe zum Einsatz. Dies ist die beste Methode für einen optimalen Lötprozess. Die Wärme wird durch Wärmeleitung und Strahlung durch die Leiterplatte und die Paste geleitet. Dies hilft auch, eine übermäßige intermetallische Bildung zu verhindern.

Laminierpressen

Leiterplatten-Laminierpressen nutzen hohe Temperaturen und hohen Druck, um die inneren Schichten zu einer mehrschichtigen Leiterplatte zu verbinden. Sie ermöglichen eine präzise Temperatur- und Druckregelung. Sie können für eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden.

Zunächst legt ein Techniker Prepreg, auch Epoxidharz genannt, über die Kupferfolie. Die Kupferfolie wird dann zwischen einen Edelstahlflicken geklebt. Anschließend werden weitere Prepreg-Schichten hinzugefügt. Sobald alle Schichten an ihrem Platz sind, wird der Stapel bis zu zwei Stunden lang einem Druck von über 180 Tonnen pro Quadratmeter ausgesetzt.

Nach zwei Stunden wird der Stapel entformt und die Platten entgratet. Passlöcher sichern den Stapel vor dem Bohren. Anschließend werden die Leiterplatten zum Abkühlen in eine Kaltpresse gegeben. Die fertige Mehrschicht-Leiterplatte wird durch zirkulierendes Kühlwasser gekühlt.

Eine Laminierpresse kann mit Dampf, Öl oder elektrisch beheizt werden. Die Presse ist für die Verarbeitung von Leiterplatten aller Art ausgelegt. Es können verschiedene Materialien laminiert werden, darunter Polyurethan, Polyester und Vinyl. Einige Laminierpressen verfügen über eine Innenkühlung, um den Prozess zu beschleunigen.

Der PCB-Laminierpressprozess umfasst nach dem Pressen eine Formbearbeitung. Der Druck wird von allen Seiten der Presse ausgeübt, um die Schichten zu verbinden. Diese Pressen sind hocheffizient und können an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden.

PCB-Laminierpressen sind für die Mehrschichtlaminierung in großen Stückzahlen ausgelegt. Sie gewährleisten zudem eine hervorragende Dickengleichmäßigkeit. Die Presse wird üblicherweise elektrisch oder mit Dampf beheizt und verfügt über eine präzise Temperatur- und Druckregelung. Das Laminierverfahren eignet sich für eine Vielzahl von Materialien, einschließlich kupferkaschierter Laminate.

Galvanotechnik

Beim Galvanisieren wird eine dünne Metallschicht auf ein Substrat aufgebracht. Diese Metallbeschichtung bietet mehrere Vorteile, darunter Haltbarkeit und Chemikalienbeständigkeit. Viele Unternehmen, wie beispielsweise Schmuckhersteller, setzen auf Galvanisierung, um Farbe und Haltbarkeit zu verbessern.

Das Verfahren ist in der Regel kostengünstiger als andere Herstellungsverfahren. Es ist jedoch kompliziert und kann bei unzureichender Belüftung zu Verletzungen der Arbeiter führen. Einige Arbeiter sind sechswertigem Chrom ausgesetzt, einem gesundheitsschädlichen Oxidationsmittel.

Ingenieure nutzen die Galvanisierung auch zur Herstellung von 3D-gedruckten Teilen. Diese Teile bieten Gestaltungsfreiheit und gute mechanische Eigenschaften. Darüber hinaus sind sie leicht und können auf einer Vielzahl von Substraten gedruckt werden.

Mit einer Galvanik-App können PCB-Designer ein Design hochladen und den Prozess simulieren. Nutzer können die Auswirkungen verschiedener Parameter wie Beschichtungsrate, Dickengleichmäßigkeit und sogar Blendenabmessungen untersuchen. Außerdem können die Herstellungskosten geschätzt werden.

Die Anwendung bietet Leiterplattenentwicklern außerdem die Möglichkeit, die Abmessungen des Bades an bestimmte Spezifikationen anzupassen. So lässt sich eine Simulation erstellen, mit der die maximale Kupferdrahtbeschichtungsrate und andere Anforderungen an die Dickengleichmäßigkeit ermittelt werden können.

Bei diesem Verfahren wird zwischen Anode und Leiterplatte im Bad zusätzlich eine Isolierabschirmung mit Öffnung platziert. Dies soll eine minimale Dickenabweichung gewährleisten.

Das Galvanisierungsverfahren wird auch von Fahrzeug-Tuning-Unternehmen eingesetzt, um Konzeptfahrzeuge mit individuellen Teilen auszustatten. Techniker verwenden es außerdem zur Überprüfung elektrischer Verbindungen.

Die App basiert auf COMSOL Multiphysics Version 5.0, die ein Simulationsmodul und einen Application Builder enthält. Damit können Simulationsexperten Apps erstellen, die von Ingenieuren und Technikern im Fertigungsprozess eingesetzt werden können.

Testen

Die Wahl des richtigen Testverfahrens für Ihren PCB-Herstellungsprozess kann schwierig sein. Viele Faktoren können die Qualität Ihres Produkts beeinflussen. Fehler können kostspielig und schädlich sein. Es gibt jedoch verschiedene Tests, die Ihnen bei der Feinabstimmung Ihres Herstellungsprozesses helfen können.

Der In-Circuit-Test ist eine der umfassendsten Testmethoden. Er kann Defekte wie Kurzschlüsse, Unterbrechungen und falsch platzierte Komponenten erkennen. Außerdem lässt sich feststellen, ob die Platine korrekt verlötet ist.

Funktionstests können feststellen, ob die Leiterplatte ordnungsgemäß funktioniert. Diese Art von Tests dient üblicherweise der Qualitätskontrolle. Sie erkennen jedoch möglicherweise keine frühzeitigen Ausfälle. Funktionstests können komplizierte Software und Protokolle erfordern.

Der Burn-in-Test ist eine weitere intensive Testmethode. Dabei wird die Leiterplatte 48 bis 168 Stunden lang kontinuierlich mit Strom versorgt. Dabei wird die Platine stärker beansprucht als vorgesehen. Dieser Test kann versteckte Defekte aufdecken, sollte aber in Kombination mit anderen Tests durchgeführt werden.

Der Flying-Probe-Test ist eine kostengünstigere Methode als der In-Circuit-Test. Dabei werden mehrere Sonden verwendet, um Kontakt mit der Leiterplatte herzustellen. Außerdem reduziert sich der Zeitaufwand für jeden Test.

Die automatische optische Inspektion (AOI) ist ein weiterer Test, bei dem Kameras hochauflösende Bilder der Platine aufnehmen. Diese Bilder werden dann mit einer Datenbank guter und schlechter Platinen verglichen. Diese Methode ist genauer als die manuelle Sichtprüfung.

Der Test kann für Kleinserien, Prototypen und Platinen mit hoher Bauteildichte eingesetzt werden. Die AOI kann auch am Ende der Produktionslinie verwendet werden, um Anpassungen am Produktionsprozess vorzunehmen.

Die AOI ist eine hervorragende Möglichkeit, die Qualität im Produktionsprozess zu überprüfen. Sie kann auch dazu beitragen, Probleme zu erkennen, bevor sie auftreten. Sie kann auch als Ersatz für kostspieligere Testverfahren eingesetzt werden.