Während die Herstellung von irgendetwas schwierig erscheint. Oft erstellen Menschen eine grobe Vorstellung von grundlegenden und allgemeinen Verfahren. Dabei dreht sich alles um diese allgemeinen Prinzipien. Aber im Backend wird viel ins Detail gegangen. Aus diesem Grund gibt es Menschen, die Dinge allgemein vorhersagen. Wenn Sie jedoch einen beliebigen Ort besuchen, läuft ein anderer schematischer Prozess ab. Wenn Sie den Namen „Printed Circuit Board“ hören. Sie werden die gleiche grobe Idee bezüglich der Herstellung entwickeln.
Was ist eine mehrschichtige Leiterplatte?
Ob Sie es „Multilayer PCBS“ oder den vollständigen Namen „Printed Circuit Board“ nennen, es gibt keinen Unterschied. Es hat eine Sandwich-ähnliche Form, die aus zwei Schichten besteht. Diese Schichten verhalten sich nicht nur als Isolator, sondern auch als Leiter. Darüber hinaus erfüllt die Leiterplatte zwei Hauptfunktionen für jedes System, in das sie eingebaut wird. Zunächst muss es auf seiner Fläche ausreichend Platz für die Komponenten eines Systems bieten. Darüber hinaus finden die Bauteile eine Fixierung auf der Oberfläche. Oder perfekt auf den äußeren Schichten der Leiterplatte. Zweitens muss eine Multilayer-Leiterplatte eine günstige Verbindung bieten. Es befindet sich zwischen den Anschlüssen der Komponenten auf seiner Oberfläche. Darüber hinaus muss die Verbindung zwischen den Terminals erfolgen.
Grundstruktur
Oft hört man eher den Namen von Brettern als von Oberflächen oder Schichten. Die Bedeutungen ändern sich jedoch nicht. Diese Plattenschichten bestehen aus Leitermustern aus Kupfer. Diese gegenüberliegenden Enden verfügen jedoch über eine feine Verbindung mit Durchkontaktierungen. In der Multilayer-PCB-Terminologie beziehen sich Vias auf Löcher. Diese ermöglichen eine Verbindung zwischen den leitenden Platten und der dazwischen liegenden Isolierschicht. Diese Löcher haben eine durchsichtige Form. Dies bedeutet, dass ihr Schnitt abgeschlossen ist.
Größe und Panel
Allerdings erscheint die Herstellung schwieriger, wenn man allein die singuläre Größe berücksichtigt. Vielmehr entstehen mehrschichtige Leiterplatten einzeln aus großen Platten. Ganz gleich, welche Größe Sie für die Multilayer-Leiterplatte benötigen, die Hersteller verwenden für alles ein einziges langes Blatt. Dieses einzelne Blatt bezeichnen wir aus technischer Sicht als Panel. Vom ersten bis zum letzten Schritt der Herstellung betrachtet der Hersteller ein einziges Paneel, bis der Zuschnitt beginnt.
Beginnen wir also nacheinander mit den Herstellungsschritten für mehrschichtige Leiterplatten.
1. Entwerfen
Der erste Schritt bei allen Arten von Ingenieurarbeiten bleibt derselbe. Es geht darum, die Strukturzeichnung der betrachteten Komponente oder des betreffenden Elements zu entwerfen. Oft wirken die Designs einfach oder eindimensional. Aber es gibt einige Komponenten, in denen viel steckt. Beispielsweise ist eine mehrschichtige Leiterplattenstruktur nicht komplex, bringt aber das Design zur Perfektion. Zunächst zeichnen Sie einen einfachen Entwurf, der dann in die CAM-Software importiert wird.
Der CAM-Bediener muss verschiedene Aspekte des Designs berücksichtigen. Beispielsweise muss das Design den PCB-Anforderungen und -Regeln entsprechen. Es ist wichtig, Markierungen auf dem Design anzubringen. Darüber hinaus finden Korrekturen und Überprüfungen bei der Anpassung der Bohrergröße, der Lötmaske, dem Siebdruck und den Bearbeitungsebenen statt. Somit erreicht der endgültige Entwurf seine Fertigstellung.
2. Fotoplotten
Betrachten wir zunächst die grundlegende Bedeutung des Fotoplottens. Bei diesem Verfahren werden mit einem Plotter Löcher in ein Blech implantiert. Diese Methode wurde jedoch häufig bei alten Kameras oder Fotokabinen eingesetzt. Allerdings gibt es derzeit noch keine selektive oder einmalige Verwendung. Eine häufige Verwendung findet auch in einer Produktionseinheit für mehrschichtige Leiterplatten statt.
In einer solchen Einheit findet ein Laser-Fotoplotter Verwendung, um effektive Fotowerkzeuge herzustellen. Diese Werkzeuge helfen neben dem Siebdruck auch beim Lötmaskieren. Da es sich bei der Multilayer-Leiterplatte um unterschiedliche Lagen bzw. Platinen handelt, plottet der Plotter für jede Lage einen eigenen Film. Die Größe jeder Folie beträgt etwa 18 x 24 Zoll, während die Dicke nicht mehr als 7 mil beträgt.
3. Bildgebung und DES
Bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten ist der Bildgebungsprozess von großer Bedeutung. Bei diesem Vorgang handelt es sich um die Anwendung bzw. Übertragung der Bilder. Es ist wie Leiterbahnen auf der Multilayer-Leiterplatte. Der zweite Schritt ist als Develop/Etch/Strip oder DES bekannt. Der folgende Prozess beinhaltet die Vereinfachung des Beschichtungsprozesses. Dazu muss der DES ein effektives Kupfermuster entwickeln, das später bei der Galvanisierung hilft.
Der folgende Schritt umfasst jedoch Unterschritte, die ausgeführt werden müssen. Zunächst erfolgt der Trockenfilmauftrag auf die Platten, zB aus Kupfer. Für die Bebilderung der Panels kommt die Laserbelichtung ins Geschäft. Anschließend erfolgt die Entwicklung eines Trockenfilms. Bei dieser Entwicklung bleiben die exponierten Regionen intakt. Wohingegen die Regionen, die nicht exponiert sind, sich entwickeln. Alles, was zurückbleibt, wirkt als Barriere. Dadurch soll das Ätzen des nutzbaren Leitermusters verhindert werden. Drittens erfolgt die Ätzung des der Freilegung zugewandten Kupfers. Zum Schluss müssen wir noch den restlichen Trockenfilm abziehen. Damit wir über das notwendige Leitungsmuster verfügen.
4. Automatisierte optische Inspektion
Durch die Inspektion wissen wir, dass es sich um eine gründliche Inspektion handelt. Aber jede Inspektion findet zu Beginn statt, um mögliche spätere Mängel zu vermeiden. Und AOI ist eine Methode zur sorgfältigen Beobachtung der Schichten der Multilayer-Leiterplatte, die wir herstellen möchten. Die Inspektion findet statt, bevor mit dem Laminieren der Schichten begonnen werden kann.
Einen Vergleich finden die Bilder der Multilayer-Leiterplatte aus dem Panel. Dies geschieht mit einem Standard-PCD-Datensatz. Es lässt sich leicht feststellen, wo Kupfer im Überfluss vorhanden ist oder wo es zu einem Mangel kommt. In jedem Fall werden die Ergebnisse nicht den idealen Anforderungen entsprechen. Hersteller sagen, wenn die Mängel jetzt nicht auftauchen. Sie werden bei anstehenden Prozessen nie auftauchen.
5. Schwarzes Oxid oder braunes Oxid
Die allgemeine Terminologie für den Prozess ist „Oxid“. Der Name weist jedoch angesichts der Prozessauswahl einen Unterschied auf. Allerdings erlangt der Prozess nach dem AOI einen hohen Stellenwert und eine große Positionierung. Bei der AOI geht es um die Inspektion der Außenflächen. Bei diesem Prozess geht es um die Inspektion und das Aufrauen der Innenschichten der Leiterplatte. Der Grund liegt darin, die inneren Schichten aufzurauen und so die Festigkeit zu erhöhen. Diese Festigkeit trägt dazu bei, dass die inneren Schichten in einer starken Laminierungsverbindung bleiben. Wenn die Verbindung außerdem schwach ist, findet die ordnungsgemäße oder erforderliche Laminierung keine Nachfolge.
6. Laminierung oder Verbindung
Beim Laminierungsprozess werden zwei Oberflächen miteinander verbunden. Obwohl der Laminierprozess dem Fügen ähnelt. Aber in diesem speziellen Prozess ist der Einsatz von Druck und Hitze wichtig. Für die Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte mit mehrschichtigem Aufbau ist die Laminierung von größter Bedeutung.
Im folgenden Prozess werden die inneren Schichten des mehrschichtigen Leiterplattenmaterials zusammengefügt. Allerdings erfolgt diese Verbindung bei hoher Temperatur und hohem Druck. Die beim Laminierungsprozess hilfreiche Ausrüstung ist eine hydraulische Presse. Der Prozess umfasst das Verschmelzen und Laminieren von Prepregs und Glasfasern. Ihre Laminierung erfolgt unter der enormen Hitze, die die hydraulische Presse erzeugt.
7. Bohren
Es macht Spaß, dem Bohrvorgang zuzusehen, und manchmal ist es schwierig, ihn auszuführen. Denn Präzision und Sorgfalt bei großer Ordnung sind gefragt. Bei der Herstellung von Leiterplatten wird die Herstellung von Bohrlöchern häufig eingesetzt. Im Allgemeinen benötigen Sie Löcher, um mehrschichtige Leiterplatten an sinnvollen Stellen anzubringen und zu befestigen. Für einen besonderen Zweck ermöglichen diese Löcher den Anschluss der Anschlusskomponenten. Darüber hinaus erfolgt auch die Verbindung der Schichten in der Multilayer-Leiterplatte durch diese Löcher.
Allerdings ist es nicht einfach, sie zu schneiden. Beim Bohrvorgang kommt vielmehr ein Hartmetallwerkzeug zum Einsatz. Dieses Werkzeug entfernt die Späne mühelos und schnell von abrasiven Materialien, um Verformungen zu vermeiden. Allerdings bohren die Hersteller gleichzeitig Löcher durch mehrere Paneele. Diese Regelung hängt größtenteils von den Bestellungen ab.
8. Abscheidung von Kupfer
Erwägen Sie, alles komplett mit einer matten Hülle abzudecken. Allerdings werden Sie zunächst das exquisite Aussehen erwähnen, das es dem abgedeckten Gegenstand verleiht. Aber nur der Klügere wird den Schutz hervorheben, den es mit sich bringt. Obwohl dieser Vorgang nicht dem Schutz ähnelt oder nur aussieht. Aber es erklärt das Beispiel perfekt.
Im Folgeprozess bzw. dem Galvanisierungsprozess finden Kupferschichten ihre Hinzufügung. Dies geschieht auf chemischem Wege an den exponierten Oberflächen der Platten. Darüber hinaus findet diese Verkupferung auch in den Wänden der Löcher statt. Das sind die Löcher, die durch das Bohren entstehen. Es soll sichergestellt werden, dass alle Bereiche der mehrschichtigen Leiterplatte über eine ausreichende Kupfereinführung und -abdeckung verfügen.
9. Trockenfilmauftrag
Der folgende Prozess beinhaltet das Aufbringen einer Folie auf die äußeren Schichten der Leiterplatte. Im Wesentlichen ist ein solcher Prozess von großer Bedeutung. Denn ohne das Aufbringen der Außenfolie kann mit der Galvanisierung nicht begonnen werden. Darüber hinaus bereitet der folgende Prozess das Panel vor, sodass mit der Galvanisierung begonnen werden kann.
Dafür kommt ein Laminator ins Spiel. Es trägt einen trockenen Film oder ein bebilderbares Foto auf die mehrschichtige Leiterplattenoberfläche auf. Der trockene Film wird durch Laserbelichtung belichtet. Das Phänomen der Freilegung bleibt jedoch bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten ähnlich. Das heißt, belichtete Filme bleiben bis zur Entwicklung des unbelichteten Films intakt.
10. Kupferbeschichtung
In den meisten technischen Anwendungen ist der Galvanisierungs- oder Galvanikprozess von großer Bedeutung. Dieser Prozess folgt einer festgelegten Methodik. Hier geht es um Kathoden und ihre Reaktion auf Anoden. Zu den Designanforderungen für mehrschichtige Leiterplatten gehört die Zugabe von Kupfer zu den Leiterbahnen. Darüber hinaus besteht die Forderung, auch die Innenseite der Löcher mit Kupfer zu bedecken.
Um die folgenden Anforderungen zu erfüllen, wird das Panel mit der Kathodenschiene verbunden. Während das Kupfer in der Anodenlösung als Anode fungiert. Aber nicht nur die Verkupferung ist von Bedeutung. Sobald die Galvanisierung beendet ist, beginnt eine weitere Galvanisierung, dh die Verzinnung. Diese zweite Beschichtung unterstützt das Ätzen der mehrschichtigen Leiterplatte und dient als Barriere.
11. Strip-Etch-Strip-Prozess
Sobald wir mit der Beschichtung fertig sind, folgt der Entfernungsprozess. Bei diesem Entfernungsprozess werden die unerwünschten Oberflächen und Schichten abgetragen. In einem solchen Prozess durchläuft das Panel schrittweise drei Prozesse. Das heißt, es wird abgezogen, geätzt und dann abgelöst. Zunächst ist es erforderlich, den Trockenfilmlack von der Platte zu entfernen.
Wenn dieses Abstreifen beendet ist. Es kommt eine Kupferschicht zum Vorschein, die von der Verzinnung nicht abgedeckt wurde. Auf dieser Kupferschicht findet nun der Ätzvorgang statt. Es hinterlässt nur wenige Spuren. Zusätzlich zu den Polstern rund um die Bohrlöcher. Darüber hinaus bleiben andere Kupfermuster auf der Oberfläche intakt. Abschließend durchläuft das verbleibende Zinn den dritten Prozess oder den Entschichtungsprozess. Das Zinn verschwindet und es bleibt nur das übrig gebliebene Kupfer zurück.
12. Lötmaskierung
Maskierung wird dort angewendet, wo der kritische Faktor hoch ist. Bestimmte Bedingungen und Orte erfordern besondere Schutzmaßnahmen. In diesem Fall suchen Sie also nach einer Abdeckung. Bei mehrschichtigen Leiterplatten besteht die Gefahr, dass die Komponenten Brücken bilden. Oft wird es schwierig, es zu brechen. Diese Überbrückung führt auch dazu, dass beim Zusammenbau elektrischer Strom entsteht. Um dies zu vermeiden, wird die Kupferoberfläche vollständig durch eine Lötmaske abgedeckt. Diese Maske bedeckt durch einen starken Druckprozess die gesamte Oberfläche des Kupfers.
Später beginnt die Einwirkung von UV-Licht, wonach die belichteten Teile zurückbleiben. Die Teile oder Bereiche, die nicht freigelegt werden, verschwinden. Anschließend wird die Maske gebacken, wodurch sie steif wird.
13. Oberflächenveredelung
Eine gute Veredelung schützt die Dinge, die lange halten sollen. Wir wissen, dass bei der Leiterplattenherstellung einige Kupferoberflächen freiliegen. Um ihre Oxidation zu vermeiden, ist daher eine gute Endbearbeitung erforderlich. Die Leiterplatte ermöglicht unterschiedliche Oberflächenveredelungen. Am gebräuchlichsten ist die Heißluft-Lötwaage.
Zu den zusätzlichen Oberflächenveredelungen gehören jedoch:
- Chemisch Nickel Immersion Gold
- Immersionssilber
- Immersionsdose
- Organisches Lötbarkeits-Konservierungsmittel
- Weiches Gold
- Hartes Gold
14. Prüfung und Herstellung
Zunächst beginnt die Prüfung mit einem Flying-Probe-Tester. Dies ist ein elektrischer Test. Der Test verwendet elektrische Signale, um das Ergebnis und die Reaktion zu kommunizieren. Die Maschine arbeitet mit mehreren Armen und Sonden. Dabei werden verschiedene Bereiche der mehrschichtigen Leiterplattenoberfläche untersucht. Die wichtigste Inspektion, die das Gerät durchführt, besteht darin, Räume oder Öffnungen zu bestimmen. Basierend auf diesen Ergebnissen kann der Hersteller sie in den Papierkorb schicken. Oder erwägen Sie eine Reparatur.
Sobald die Tests abgeschlossen sind und die mehrschichtige Leiterplatte hergestellt werden kann. Die CNC kommt ins Spiel. Eine CNC-Maschine unterstützt Sie dabei, benötigte Leiterplatten aus einem einzigen großen Panel zu schneiden. Mit diesem Gerät erhalten wir je nach Anforderung unterschiedliche Multilayer-Leiterplatten unterschiedlicher Größe. Mit dieser Maschine lassen sich auch Kanten mit einer Fase oder Fase problemlos ausschneiden. Und wir erhalten die perfekte Multilayer-Leiterplatte.