Der Leiterplattenherstellungsprozess

Datum: 2017-06-30 10: 12: 23Zurück zur Liste

Der Leiterplattenherstellungsprozess

PCBs sind die Basis aller Elektronikdesigns. Sie erlauben es, komplexe Konstruktionen zuverlässig und reproduzierbar herzustellen. Während die Herstellung von Leiterplatten typischerweise von einem Leiterplattenhersteller gehandhabt wird, ist es für Leiterplattenhersteller wichtig, den Herstellungsprozess zu verstehen. Mit einem Verständnis des Prozesses ein Designer hat einen Einblick in einige der Möglichkeiten für Fehler in ihre PCB-Designs eingeführt werden und wie sie zu vermeiden. Darüber hinaus können PCB-Designer auch von allen Fähigkeiten moderner Leiterplattenhersteller profitieren und diese Fähigkeiten nutzen, wenn sie ihre nächste PCB-basierte Anwendung anpacken.

Im Großen und Ganzen wird dieser Artikel diskutieren, wie eine Leiterplatte geht von der Ausgabe von PCB-Design-Software, um in einer physischen Leiterplatte von einem Leiterplattenhersteller. Als anfänglichen Bezugspunkt, betrachten wir zunächst ein Diagramm eines Vier-Ebenen PCB-Board:

Ausgehend von der Mitte unseres Vier-Leiterplatten-Leiterplatten-Diagramms und Ausgehen: Die Leiterplatte basiert auf einem Glasfasersubstrat, mit auf dem Substrat gestapelten Kupferschichten und weiteren Kupferschichten, die durch zusätzliche Substratschichten getrennt sind. Schließlich wird die Platte beidseitig in einer Lötmaskenschicht beendet. Das Substrat liefert die Leiterplatte mit mechanischer Stabilität, die Kupferschicht fungiert als leitfähiger Teil der Platte und die Lötmaske schützt das Kupfer vor dem Kurzschluss nach außen. Zusätzlich werden Durchkontaktierungen verwendet, um Kupferspuren aus verschiedenen Ebenen des Designs zu verbinden. Die Lötmaske ist auch typischerweise mit einer informativen Markierung auf einer Schicht markiert, die als Siebdruck bezeichnet wird. Markierungen auf dem Siebdruck enthalten die Namen und Referenzen der Komponenten sowie Informationen über die Board Revision und Hersteller.

Mit der allgemeinen Beschreibung einer mehrschichtigen Leiterplatte in der Hand können wir weiter diskutieren, wie eine Leiterplatte aus ihren Grundkomponenten entnommen und zu einem Endprodukt gemacht wird:

1.Design-Dateien werden an einen Fabricator gesendet

Sobald PCB-Design-Dateien an einen Leiterplattenhersteller übergeben worden sind, führt der erste Schritt in der Leiterplattenherstellung eine Entwurfsregelprüfung auf diesen Designdateien durch. Häufig genannt Design for Manufacture (DFM) zu überprüfen, wenn ein Design von einem PCB-Hersteller von einem Kunden empfangen wird, überprüft der Hersteller die Design-Dateien zu sehen, ob sie sich an die minimalen Toleranzen seines Herstellungsprozesses anpassen. Einige gängige Prüfungen beinhalten die Überprüfung eines Designs für minimale Spurbreite, Spurabstand, minimale Bohrlochgrößen und Platinenrandabstand. Der Datei- standard für Designs ist erweitert Gerber, die ein branchenübliches Dateiformat für die Beschreibung von Leiterplatten ist. Fast alle PCB-Design-Software ist in der Lage, Gerber-Dateien zu produzieren, so dass sie an die Fertigungshäuser geschickt werden können, die der Designer für die Herstellung wählt.

2.Verwandeln Sie PCB-Design-Dateien in Foto-Filme

Sobald die PCB-Design-Dateien bestätigt wurden, werden sie dann an einen Plotter geschickt, der im Wesentlichen ein Spezial-Laserdrucker ist, um Fotofilme zu erzeugen. Foto-Filme beginnen als klare Plastikfolien. Die Plotter drucken dann die Leiterplatten-Designs auf die Fotofilme mit schwarzer Tinte. Wenn sie fertig sind, sind die Fotofilme für die inneren Schichten der Leiterplatte im wesentlichen Negative des PCB-Designs, wo der Teil des Designs, der Kupfer sein wird, schwarz ist und der Teil, der nicht leitet, klar ist. Die auf den äußeren Schichten der Leiterplatte verwendeten Fotofilme sind das Gegenteil. Auf den Fotofilmen für die äußeren Schichten ist die Platte, in der Kupfer bleiben soll, klar und der Teil, wo Kupfer entfernt werden soll, ist schwarz. Fotofilme werden für jede Schicht des PCB-Designs und der Lötmaske hergestellt, so dass ein Design von zwei Schichten vier Schichten von Fotofilmen gedruckt haben würde, ein Vier-Ebenen-Design hätte sechs gedruckt und so weiter. Der letzte Schritt bei der Herstellung der Fotofilme besteht darin, sie so zu stanzen, dass sie in späteren Schritten des PCB-Herstellungsprozesses präzise ausgerichtet werden können.

3.Druckmuster auf dem kupferplattierten Untergrund (Innenschichten)

Dieser Schritt (zusammen mit 4, 5 und 6) ist nur abgeschlossen, wenn wir mehr als eine zweischichtige Platte haben. Für den Fall, dass wir eine zweischichtige Platte herstellen, überspringen wir zum Schritt 7 (bohren).

Mit den Fotofilmen in der Hand können wir nun unsere Aufmerksamkeit auf die Substrat- und Basiskupferlagen der Leiterplatte legen, die produziert werden soll. Blank Kupfer verkleidete Glasfaserplatten sind die Basis der überwiegenden Mehrheit der PCB-Designs. Diese kupferplattierten Platten werden zunächst gereinigt und dann mit einer Photoresistschicht beschichtet. Die Photoresistschicht ist eine Schicht von photoreaktiven Chemikalien, die härten, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt sind. Sobald die Photoresistschicht auf den kupferplattierten Substraten installiert worden ist, werden die Fotofilme auf die Platine gelegt und die Platine einer ultravioletten Lichtquelle ausgesetzt. Die Abschnitte des Fotofilms, die opak sind, verhindern, dass die Photoresistschicht härtet, während die klaren Abschnitte es ermöglichen, dass der Resist härtet. Nachdem der Ultraviolettlicht-Belichtungsabschnitt des Verfahrens abgeschlossen ist, werden die Fotofilme von der Platte entfernt, und dann wird die Platte mit einer alkalischen Lösung gewaschen, um den ungehärteten Photoresist zu entfernen. Was am Ende dieses Prozesses bleibt, ist ein kupferplattiertes Brett mit Resist über die Teile der Tafel, die im fertigen Design Kupfer bleiben sollen.

4.Ending Innenschicht Kupfer

Sobald wir die Resistschicht auf das Kupfer gedruckt haben, können wir nun den unerwünschten Kupferteil der Platte entfernen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kupferplatte mit starken Kupferlösungsmittellösungen belichtet wird, die das gesamte Kupfer aus dem Glasfasersubstrat entfernen, das während des vorhergehenden Schrittes nicht mit Resist bedeckt war. Es ist anzumerken, dass unterschiedliche Kupfergewichte unterschiedliche Belichtungsmengen an Kupferlösungsmitteln erfordern, die wiederum unterschiedliche Spurabstandsanforderungen anzeigen können. Mit dem unerwünschten Kupfer entfernt, kann der Resist, der das gewünschte Kupfer schützt, jetzt entfernt werden. Das Ergebnis ist das Substrat mit der gewünschten Kupferschicht oder Schichten.

5.Inner Layer Registrierung und optische Inspektion

Sobald das Substrat mit inneren Schichten hergestellt worden ist, wird das resultierende Produkt Ausrichtstempel gegeben, um es zu ermöglichen, dass es auf andere Schichten in dem Prozess korrekt ausgerichtet wird. Die Kupferschichten im daraus resultierenden Prozess können auch an dieser Stelle auf Richtigkeit geprüft werden. Diese Art der Inspektion erfolgt typischerweise unter Verwendung eines optischen Inspektionssystems, das die ursprünglichen Entwurfsdateien mit den tatsächlichen Kupferspuren vergleicht, die durch den Ätzprozess erzeugt werden.

6.Lay-up und Bonding der äußeren Schicht

Wenn zu diesem Zeitpunkt Ihr Design mehr als zwei Schichten hat, müssen zusätzliche Schichten mit dem Substrat verbunden werden. Dazu legen Sie ein sogenanntes Prepreg (kurz für vorimprägniert) und eine Kupferfolie oben und unten auf das Originalsubstrat'Jetzt geätzte Kupferspuren. Prepreg ist im Wesentlichen Glasfaser mit Epoxid imprägniert in seine Struktur. Das Substrat / Prepreg / Kupferstapel muss nun zusammengebunden werden. Dies geschieht durch Platzieren von Schichten in einer Metallklemme und Erwärmen, während sie unter Druck stehen. Dies wird typischerweise bei Spezialbondierpressen erreicht, die die Schichten in der richtigen Weise erwärmen und kühlen können, wenn sie die Schichten zusammendrücken, um sicherzustellen, dass sie gut verklebt sind.

7.Drilling der Leiterplatte

Sobald wir die leeren äußeren Schichten der Platine an Ort und Stelle haben, können wir mit dem Bohren aller erforderlichen Löcher in der Leiterplatten-Design fortsetzen. Das Bohren erfolgt mit einer computergesteuerten Bohrmaschine. Die Bohrmaschine nimmt die Bohrdatei aus den eingereichten Design-Dateien und platziert Bohrungen entsprechend. Der Kupferstapel wird in die Bohrmaschine gelegt und ausgerichtet, um sicherzustellen, dass die Bohrlöcher richtig platziert sind. Einlass- und Austrittsmaterial wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Bohrlöcher das Kupfer während des Bohrvorgangs nicht stoßen. Schließlich wird überschüssiges Kupfer von den Kanten des Fertigungspaneels mit einem Profilierwerkzeug abgeschnitten. Die Bohrlöcher von diesem Schritt im Herstellungsprozess werden zu den Durchkontaktierungen und mechanischen Befestigungslöchern des Designs, sobald sie später in den Prozess plattiert werden.

8.Copper Deposition

Mit den Bohrlöchern in unserem Panel, gehen wir nun in die Beschichtung dieser Löcher, um die verschiedenen Schichten des Designs zusammen zu verbinden. Dieser Beschichtungsprozess erfolgt über ein chemisches Abscheidungsverfahren. Die gebohrte Platte wird gereinigt und dann in eine Reihe von chemischen Bädern getaucht, was dazu führt, dass eine sehr dünne Schicht aus Kupfer auf allen Löchern des Designs und zufällig die äußere Schicht aus Kupfer der Platte plattiert wird.

9.Image die äußeren Schichten

Der nächste Schritt des Prozesses ist die Abbildung der äußeren Schichten des Kupferstapels. Wieder einmal wird eine Schicht Fotolack auf das äußere Kupfer auf dem Paneel aufgebracht. Die Fotofilme mit den äußeren Schichten des Entwurfs, die auf ihnen gedruckt werden, werden dann verwendet, um vorzugsweise Teile der Leiterplatte freizulegen, wo Kupfer nicht zu ultraviolettem Licht bleibt. Dies ist das Gegenteil der inneren Schichten, wo der Teil des Brettes, der ausgesetzt ist, der Teil ist, der nicht bleiben wird. Das Ergebnis ist das Board mit Resist für alle Bereiche, die schließlich entfernt werden.

10.Plating

Jetzt wird das Board durch den Galvanisierungsprozess gehen. Als die Tafel jetzt steht, sind die exponierten Teile der Tafel die Teile des Bretts, die in unserem letzten Schritt freigelegt wurden, und die zuvor chemisch überzogenen Kupferdurchgangslöcher. Sobald die anfängliche Kupfer-Galvanisierung abgeschlossen ist, wird die Platte typischerweise mit Zinn plattiert. Dies ermöglicht die Entfernung aller unerwünschten Kupfer, die noch auf der Tafel verbleibt, während die Zinn schützt den Teil der Tafel, die wir während des endgültigen Kupferentfernungsprozesses bleiben wollen.

11.Final Radierung

Unser Brett hat jetzt eine Schicht von Resist zusammen mit den verzinnten Kupferspuren, die wir bleiben wollen. Der nächste Schritt in dem Prozess ist, die Resistschicht zu entfernen und schließlich das unerwünschte Kupfer, das unter dem Resist bleibt. Dies geschieht durch ein chemisches Verfahren, das das freiliegende Kupfer entfernt, aber nicht den verzinnten Teil der äußeren Schichten entfernt. Am Ende dieses Schrittes haben wir alle unsere leitenden Bereiche und Verbindungen.

12.Apply Lötmaske

Der nächste Schritt in dem Prozess ist, eine Schicht von Lötmaske auf jede Seite der Platte anzuwenden. Die Paneele müssen zuerst gereinigt und dann mit einer Epoxid-Lötmasken-Tinte beschichtet werden. Die Bretter werden dann wieder einmal durch eine Lötmaske Fotofilm UV-Licht ausgesetzt. Die Teile der Platine, die keinem UV-Licht ausgesetzt sind, bleiben weich und können daher später in der Regel chemisch entfernt werden. Sobald die unerwünschte Lötmaske entfernt worden ist, wird die Platine in einem Ofen weiter gehärtet, um sicherzustellen, dass die Lötmaske für die Lebensdauer der Leiterplatte intakt bleibt.

13.Plating

Nun, da wir die Zinn fertig ausgesetzt Kupfer-Pads haben, wir weiter Platte die exponierten PCB-Pads für Lötfähigkeit. Häufig werden PCBs mit Gold oder Silber chemisch überzogen. Leiterplatten können auch mit den Pads geliefert werden, die einem Heißluft-Nivellierverfahren unterzogen wurden. Die Heißluftnivellierung nutzt Heißluft, um sicherzustellen, dass die Pads alle zu einer sehr ähnlichen und präzisen Tiefe gefertigt werden.

14.Silkscreen

Jetzt, da die Tafel weitgehend vollständig ist, ist es Zeit, eine Seidenschirmschicht auf die Tafel aufzubringen. Der Siebdruck zeigt an, welche Komponenten bei der Montage und wie sie sich orientieren. Während diese Schicht üblicherweise als Siebdruckschicht bezeichnet wird, wird sie nicht mehr üblicherweise unter Verwendung eines Siebdrucks umgesetzt. Vielmehr wird es typischerweise direkt auf die Leiterplatte unter Verwendung eines Tintenstrahl-Typ-Prozesses gedruckt. Sobald der Siebdruck auf die Tafel gelegt wurde, durchläuft die Tafel einen abschließenden Beschichtungs- und Aushärtungsprozess.

15.Elektrische Prüfung

Mit einem kompletten Brett in der Hand kann die Tafel elektrisch getestet werden. Dies geschieht typischerweise durch einen automatisierten Prozess, bei dem die Integrität der verschiedenen Netze des Designs getestet wird. Dies ist automatisiert, indem die Original-Design-Datei definieren die Lage der Netze getestet werden und dann mit einem "Fliegende Sonde" Testen Sie, dass die verschiedenen Netze des Designs tatsächlich isoliert sind.

16.Profiling und V Scoring

Der letzte Schritt in der Fertigung ist die mechanische Ausschneiden der verschiedenen Bretter in der Original-Panel untergebracht. Dies kann mit einem Router geschehen, der kleine Laschen entlang der Platinenränder verlässt oder mit einer V-Nut, die diagonale Kanäle auf beiden Seiten der Platine schneidet. Beide Ansätze erlauben es, die einzelnen Einheiten der Bretter manuell aus dem Paneel herauszuziehen. Oft werden die Bretter in einer Tafel den ganzen Weg durch die Montage bleiben.

Fazit

Hoffentlich beleuchtet dieser Artikel die Leiterplattenherstellung verarbeiten. Während sich die Details des Prozesses etwas von Hersteller zu Hersteller ändern können, wird das verwendete Verfahren dem oben beschriebenen ähneln.