Wir nutzen täglich verschiedene elektronische Geräte. Beispielsweise enthält der Computer oder das Mobiltelefon, mit dem Sie diesen Artikel lesen, eine komplexe Leiterplatte. Auch Ihr Fernseher, Ihr Herd und sogar Ihre Digitaluhr verwenden Leiterplatten. Haben Sie sich jemals gefragt, wie Fabriken täglich Tausende von Leiterplatten herstellen? Haben Sie sich jemals gefragt, wie die winzigen Kupferleiterbahnen auf einer Leiterplatte so präzise gefertigt werden? Hier kommt die industrielle Leiterplattenfertigung ins Spiel.
Die industrielle Leiterplattenfertigung ist hochpräzise. Dadurch sehen Tausende von Leiterplatten selbst auf mikroskopischer Ebene identisch aus. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die in der Industrie angewandten Schritte.
Industrieller PCB-Herstellungsprozess
Die industrielle Leiterplattenfertigung ist in der Regel nicht auf Kleinserien ausgelegt. Für große Stückzahlen reichen manuelle Prozesse nicht aus. Daher investieren Fabrikbesitzer verstärkt in automatisierte Produktionslinien. So können sie täglich Zehntausende Leiterplatten herstellen. Nur so können sie enge Liefertermine einhalten.
#1 Leiterplattendesign und Stücklistenerstellung
Der erste Schritt in der industriellen Leiterplattenfertigung ist das Leiterplattendesign . Wählen Sie zunächst eine geeignete Leiterplattendesign-Software. Hierfür eignen sich beispielsweise Altium Designer, KiCad, Cadence und EasyEDA.
In der Software können Sie die Position von Leiterbahnen, elektronischen Bauteilen und Bohrungen festlegen. Außerdem können Sie die Anzahl der Lagen Ihrer Leiterplatte bestimmen. Nach Abschluss des Designs können Sie Simulationen durchführen, um die Funktion der Schaltung zu überprüfen.
Nachdem Sie Ihre Konstruktion geprüft haben, exportieren Sie die Gerber- und NC-Bohrdateien. Abschließend senden Sie diese Dateien zur Produktion an das Werk.
Wenn Sie ein Hersteller sind, müssen Sie eine Stückliste, kurz BOM, erstellen. Darin sind alle Komponenten aufgelistet, die zur Herstellung Ihres Produkts benötigt werden.
#2 Schaltungsmuster und Ätzen
Sobald das Design fertiggestellt ist, besteht der nächste Schritt im industriellen Leiterplattenherstellungsprozess in der Erstellung des Schaltungsmusters.
Bevor das Schaltungsmuster erstellt wird, ist die Hauptplatine bereits vorbereitet. Wir werden dies nicht im Detail erläutern. Beachten Sie jedoch, dass die oberste Schicht dieser Platinen aus Kupfer besteht.
Zuerst werden diese Platinen in eine automatische Reinigungsmaschine gegeben. Diese entfernt Schmutz und Oxidation von der Kupferoberfläche.
Nach der Reinigung werden die Platinen zur Laminieranlage transportiert. Dort trägt eine Laminiermaschine eine Trockenfolie auf die Kupferoberfläche auf. Diese Folie enthält hauptsächlich das vorgedruckte Schaltungsmuster.
Anschließend bringen Sie die Platte in einen speziellen Raum mit gelbem Licht. Der Grund dafür ist, dass der Trockenfilm empfindlich auf blaues Licht reagiert. Das gelbe Licht schützt den Film vor unerwünschter Belichtung.
Als Nächstes wird die laminierte Platine mit UV-Licht belichtet. Dadurch härten die Bereiche der Folie aus, die dem Leiterbahnmuster entsprechen. Anschließend durchläuft die Platine eine weitere Maschine. Diese entfernt die weichen, unbelichteten Bereiche der Folie. Die verbleibenden harten Bereiche werden als Fotolack bezeichnet.
Der Fotolack schützt die für die Leiterbahnstruktur benötigten Kupferbereiche. Durch Ätzen wird das überschüssige Kupfer entfernt. Dadurch verbleiben nur die erforderlichen Kupferleiterbahnen auf der Platine.
Nach dem Ätzen durchläuft die Platine eine automatische optische Inspektion (AOI). Die Maschine prüft die Leiterbahnen auf Fehler. Ein Bediener kann die Platine auch manuell überprüfen. Nach der AOI-Prüfung ist die Leiterbahn fertig.
#3-lagige Laminierung & Bohrung
Im vorherigen Schritt haben Sie die Leiterbahnen für nur eine Lage erstellt. Eine Leiterplatte kann jedoch aus mehreren Lagen bestehen. Insbesondere bei HDI-Leiterplatten werden möglicherweise mehrere Lagen benötigt. In diesen Fällen wiederholen Sie den vorherigen Vorgang mehrmals. Sobald alle Lagen fertig sind, verbinden Sie sie und bohren die entsprechenden Löcher.
Zuerst werden die Leiterplattenlagen mit dazwischenliegenden Prepreg-Schichten gestapelt. Anschließend werden sie in einer Vakuumlaminiermaschine zusammengepresst. Dabei werden Hitze und Druck mit hoher Präzision angewendet. Dadurch verbinden sich die Lagen optimal.
Nach dem Laminieren prüft ein Röntgengerät die korrekte Ausrichtung der Schichten. Es hilft uns außerdem, die exakten Bohrpositionen zu bestimmen und die Löcher zu bohren. Eine CNC-Maschine erledigt diese Aufgabe in der Regel perfekt.
#4 Kupferplattierung und Schaltungsbildung
Nachdem die Leiterbahnen korrekt angeordnet und die Löcher gebohrt wurden, sind die einzelnen Lagen noch nicht miteinander verbunden. In diesem Schritt der industriellen Leiterplattenfertigung werden diese Löcher durch Kupferplattierung verbunden.
Zuerst wird die Leiterplatte durch eine Entfettungsmaschine geführt. Dadurch werden die Harzreste aus den Bohrlöchern entfernt. Sobald die Löcher sauber sind, wird eine dünne Kupferschicht auf deren Innenwände aufgetragen. Dieser Vorgang wird durch stromloses Verkupfen abgeschlossen. Anschließend wird die Kupferschichtdicke durch Galvanisieren erhöht. Die benötigte Dicke hängt in der Regel von den Projektanforderungen ab. Abschließend wird mit einem optischen Inspektionssystem überprüft, ob dieser Schritt korrekt ausgeführt wurde.
#5 Lötstopplack und Oberflächenbearbeitung
Sie halten nun eine fertige Leiterplatte in Händen. Doch es gibt noch ein Problem: Die Schaltkreise sind ungeschützt und kurzschlussgefährdet. Daher müssen sie abgedeckt werden. Der nächste Schritt ist das Aufbringen der Lötstoppmaske und die Oberflächenveredelung. Dies ist einer der entscheidenden Schritte im industriellen Leiterplattenfertigungsprozess.
Zuerst wird die Lötstoppmaske mithilfe einer automatischen Siebdruck- oder Sprühbeschichtungsanlage auf die Platine aufgebracht. Anschließend wird die Platine in einen Trockenofen bei etwa 87 °C gegeben. Dadurch härtet die Lötstoppmaske aus und bereitet die Platine für den nächsten Arbeitsschritt vor.
Die Platine ist nun mit Lötstopplack versehen. Die Lötpads müssen aber noch freigelegt werden, richtig? Daher wird eine weitere Schutzfolie speziell für diese Lötpads aufgebracht. Anschließend wird die Platine erneut durch ein UV-Belichtungsgerät geführt. Durch diesen Vorgang wird der Lötstopplack von diesen Bereichen entfernt.
Anschließend durchläuft die Platine eine Siebdruckmaschine. Diese Maschine bringt Beschriftungen und Markierungen auf der Leiterplatte an. Diese Markierungen dienen der Identifizierung der Bauteile und ihrer Positionen. Beispielsweise steht R für einen Widerstand und C für einen Kondensator. Pluszeichen (+) und Minuszeichen (−) kennzeichnen die positiven und negativen Anschlüsse. GND markiert die Masseverbindung.
#6 Leiterplattenzuschnitt, -prüfung und -test
Der letzte Schritt im industriellen Leiterplattenherstellungsprozess ist die Vorbereitung der Leiterplatte für den Versand.
Bei der Fertigung werden häufig mehrere Leiterplatten auf einer einzigen großen Platine hergestellt. Die Anzahl kann zwischen zwei und fünfzig oder mehr variieren. Die genaue Anzahl hängt in der Regel von der Größe der Leiterplatte ab. Vor dem Versand müssen diese Platinen zum Schutz einzeln getrennt und verpackt werden.
Prüfen Sie zunächst die Qualität jeder Leiterplatte. Hierfür stehen verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung. Sie können beispielsweise ein Flying-Probe-Prüfgerät verwenden, um die Schaltungsverbindungen zu überprüfen. Alternativ können Sie mit einem AOI-Gerät prüfen, ob die Beschriftungen und Markierungen korrekt sind.
Als Nächstes werden die einzelnen Leiterplatten von der großen Platine getrennt. Dies kann mit einer CNC-Fräsmaschine oder einer V-Nut-Maschine erfolgen.
Nach dem Zuschnitt, der Prüfung und dem Testen sind die Leiterplatten bereit für den nächsten Schritt. Sie können sie entweder selbst bestücken lassen oder zur Bestückung an das Werk Ihres Kunden liefern lassen.
Fazit
In diesem Artikel haben wir einen Überblick über den industriellen Leiterplattenherstellungsprozess gegeben. Wir haben nicht jedes Detail behandelt, aber versucht, die Herstellung von Leiterplatten in industriellen Umgebungen zu erläutern.
Präzision ist der wichtigste Faktor bei der Leiterplattenfertigung. Die gleichbleibende Qualität aller Leiterplatten zu gewährleisten, ist eine Herausforderung. Deshalb sind die Maschinenauswahl und eine sorgfältige Qualitätskontrolle so wichtig. UETPCB verfügt über zahlreiche moderne Maschinen. Unsere erfahrenen Fachkräfte bringen langjährige Branchenerfahrung mit.
Bei Fragen zu Leiterplatten wenden Sie sich bitte an unseren Kundenservice. Wir helfen Ihnen gerne weiter. Unser Unternehmen bietet ein breites Spektrum an Dienstleistungen im Bereich der Elektronikfertigung, von der Leiterplattenherstellung bis zur Leiterplattenbestückung.