Umfassender Leitfaden zum Leiterplatten-Fertigungsprozess

Inhaltsverzeichnis:

• Schritt 1: Leiterplatten-Design
• Schritt 2: Design-Prüfung und Engineering-Fragen
• Schritt 3: Drucken des Leiterplatten-Designs
• Schritt 4: Drucken des Kupfers für die Innenlagen
• Schritt 5: Ätzen der Innenlagen oder des Kerns zur Kupferentfernung
• Schritt 6: Lagenausrichtung
• Schritt 7: Automatisierte optische Inspektion (AOI)
• Schritt 8: Laminieren der Leiterplatten-Lagen
• Schritt 9: Bohren
• Schritt 10: Leiterplatten-Beschichtung (Plating)
• Schritt 11: Außenlagen-Belichtung (Imaging)
• Schritt 12: Außenlagen-Ätzen
• Schritt 13: Außenlagen-AOI
• Schritt 14: Lötstopplack-Auftragung
• Schritt 15: Bestückungsdruck (Silkscreen) Auftragen
• Schritt 16: Leiterplatten-Oberflächenveredelung
• Schritt 17: Elektrischer Funktionstest
• Schritt 18: Konturfräsen und Ausbrechen
• Schritt 19: Qualitätsprüfung und Sichtinspektion
• Schritt 20: Verpackung und Lieferung

Was ist der Leiterplatten-Fertigungsprozess?

Der Fertigungsprozess von Leiterplatten (PCB) erfordert ein komplexes Verfahren, um die Leistung des Endprodukts zu gewährleisten. Obwohl Leiterplatten einlagig, doppeltlagig oder mehrlagig sein können, unterscheiden sich die Fertigungsprozesse erst nach der Produktion der ersten Lage. Aufgrund der unterschiedlichen Struktur der PCBs können einige 20 oder mehr Fertigungsschritte erfordern.

Die Anzahl der erforderlichen Schritte korreliert mit der Komplexität der Leiterplatten. Das Auslassen eines Schritts oder die Verkürzung des Verfahrens könnte die Leistung der Leiterplatte negativ beeinflussen. Bei erfolgreicher Fertigung sollten die PCBs jedoch ihre Aufgaben als zentrale elektronische Komponenten ordnungsgemäß erfüllen.

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Welche Bestandteile hat eine PCB?

Eine PCB besteht aus vier Hauptkomponenten:

• Substrat (Basismaterial): Das erste und wichtigste Element ist das Substrat, meist aus Glasfaser (FR-4). Glasfaser verleiht der Leiterplatte Kernfestigkeit und Bruchwiderstand. Man kann das Substrat als das „Skelett“ der PCB betrachten.
• Kupferschicht: Je nach Platinentyp kann es sich um Kupferfolie oder eine vollständige Kupferbeschichtung handeln. In beiden Fällen dient das Kupfer dem Transport elektrischer Signale – ähnlich wie das Nervensystem Signale zwischen Gehirn und Muskeln überträgt.
• Lötstopplack (Solder Mask): Die dritte Komponente ist der Lötstopplack, eine Polymerschicht, die das Kupfer vor Kurzschlüssen durch Umwelteinflüsse schützt. Der Lötstopplack fungiert als die „Haut“ der PCB.
• Bestückungsdruck (Silkscreen): Der letzte Teil ist der Bestückungsdruck, meist auf der Bestückungsseite der Platine. Er zeigt Bauteilnummern, Logos, Symbole, Schalterstellungen, Bauteilreferenzen und Testpunkte an. Er wird auch als Legende oder Nomenklatur bezeichnet.

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Nachdem wir die Grundlagen der PCBs und deren Aufbau behandelt haben, gehen wir nun den gesamten Prozess der Leiterplattenherstellung durch.

Wie wird eine PCB hergestellt?

Die Schritte des PCB-Designprozesses beginnen mit Design und Verifikation und führen bis zur Fertigung der Leiterplatten. Viele Schritte erfordern computergestützte und maschinelle Werkzeuge, um Genauigkeit zu gewährleisten und Kurzschlüsse oder offene Verbindungen zu vermeiden. Die fertigen Platinen müssen strenge Tests durchlaufen, bevor sie verpackt und an Kunden geliefert werden.

Schritt 1: Leiterplatten-Design

Der erste Schritt jeder PCB-Fertigung ist das Design. PCB-Herstellung und -Design beginnen immer mit einem Plan: Der Designer erstellt einen Schaltplan, der alle Anforderungen erfüllt. Die am häufigsten verwendete Design-Software ist Extended Gerber (auch bekannt als IX274X).

Extended Gerber eignet sich hervorragend für das PCB-Design, da es auch als Ausgabeformat dient. Es kodiert alle Informationen, die der Designer benötigt: Anzahl der Kupferschichten, Anzahl der benötigten Lötstoppmasken und sonstige Bauteilnotations-Daten. Sobald das Design im Extended-Gerber-Format kodiert ist, werden alle Aspekte auf Fehler geprüft.

Nach Abschluss der Prüfung durch den Designer wird das fertige PCB-Design an einen PCB-Fertiger geschickt. Bei Ankunft erfolgt eine zweite Prüfung durch den Fertiger – der Design-for-Manufacture (DFM) Check. Ein ordnungsgemäßer DFM-Check stellt sicher, dass das PCB-Design mindestens die für die Fertigung erforderlichen Toleranzen erfüllt.

Schritt 2: Design-Prüfung und Engineering-Fragen

Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Überprüfung des Designs auf potenzielle Fehler oder Mängel. Ein Ingenieur prüft jeden Teil des PCB-Designs, um sicherzustellen, dass keine Komponenten fehlen oder Strukturen falsch sind. Nach Freigabe durch den Ingenieur geht das Design in die Druckphase.

Schritt 3: Drucken des PCB-Designs

Nach Abschluss aller Prüfungen kann das PCB-Design gedruckt werden. Anders als bei architektonischen Zeichnungen werden PCB-Pläne nicht auf normales A4-Papier gedruckt. Stattdessen kommt ein spezieller Plotter-Drucker zum Einsatz, der einen „Film“ der PCB erstellt. Das Endprodukt dieses „Films“ ähnelt den früher in Schulen verwendeten Overhead-Folien – es ist im Grunde ein Fotonegativ der Platine selbst.

Die Innenlagen der PCB werden in zwei Tintenfarben dargestellt:

• Schwarze Tinte: Für Kupferleiterbahnen und Schaltungen der PCB
• Klare Tinte: Bezeichnet nicht-leitende Bereiche wie den Glasfaser-Grundkörper

Bei den Außenlagen ist dieser Trend umgekehrt: Klare Tinte steht für Kupferleitbahnen, schwarze Tinte für Bereiche, wo Kupfer entfernt wird.

Jede PCB-Lage und die dazugehörige Lötstoppmaske erhält ihren eigenen Film. Eine einfache zweilagige PCB benötigt daher vier Folien – je eine für jede Lage und je eine für die zugehörige Lötstoppmaske.

Nach dem Druck werden die Folien ausgerichtet und ein Passloch (Registration Hole) durchgestanzt. Dieses dient später als Ausrichtungshilfe.

Schritt 4: Drucken des Kupfers für die Innenlagen

Schritt 4 ist der erste Schritt, in dem der Hersteller die PCB tatsächlich fertigt. Nach dem Druck des PCB-Designs auf ein Laminatmaterial wird Kupfer vorbeschichtet auf dasselbe Laminat aufgebracht, das als Struktur für die PCB dient. Das Kupfer wird dann geätzt, um den zuvor erstellten Schaltplan freizulegen.

Anschließend wird das Laminatpanel mit einem fotoempfindlichen Film (Resist) bedeckt. Der Resist besteht aus einer Schicht photoreaktiver Chemikalien, die unter UV-Licht aushärten. Er ermöglicht Technikern eine perfekte Übereinstimmung zwischen den Blaupausen-Fotos und dem, was auf den Photoresist gedruckt wird.

Sobald Resist und Laminat mithilfe der vorherigen Löcher ausgerichtet sind, werden sie mit UV-Licht bestrahlt. Das UV-Licht dringt durch die durchscheinenden Teile des Films und härtet den Photoresist aus. Dies markiert Kupferbereiche, die als Leiterbahnen erhalten bleiben sollen. Die schwarze Tinte verhindert, dass Licht die nicht auszuhärtenden Bereiche erreicht, damit diese später entfernt werden können.

Nach der Belichtung wird die Platine mit einer alkalischen Lösung gewaschen, um übrige Photoresiste zu entfernen. Danach folgt ein Druckspülvorgang zur Entfernung von Rückständen und das Trocknen.

Nach dem Trocknen sollte nur noch der Resist auf dem Kupfer verbleiben, das Teil der endgültigen PCB ist. Ein Techniker prüft die PCBs auf Fehler. Sind keine vorhanden, geht es zum nächsten Schritt.

Schritt 5: Ätzen der Innenlagen oder des Kerns zur Kupferentfernung

Der Kern oder die Innenlagen der Leiterplatte müssen vor Fortsetzung der Fertigung von überschüssigem Kupfer befreit werden. Beim Ätzen wird das notwendige Kupfer auf der Platine abgedeckt und der Rest einem Chemikalienbad ausgesetzt. Der chemische Ätzprozess entfernt alles ungeschützte Kupfer und lässt nur die für die Platine notwendigen Mengen übrig.

Dieser Schritt kann in Dauer oder Menge des verwendeten Ätzmittels variieren. Große PCBs oder solche mit schwereren Strukturen verwenden mehr Kupfer, was mehr Ätzzeit oder -lösungsmittel erfordert.

Bei Mehrlagen-Leiterplatten

Mehrlagen-Leiterplatten erfordern zusätzliche Schritte für die zusätzlichen Lagen. Diese Schritte spiegeln viele der bei einlagigen PCBs wider, wiederholen sich jedoch für jede Lage. Zudem ersetzt bei Mehrlagen-PCBs Kupferfolie typischerweise die Kupferbeschichtung zwischen den Lagen.

Innenlagen-Belichtung (Inner Layer Imaging)

Die Innenlagen-Belichtung folgt denselben Verfahren wie das Drucken des PCB-Designs. Das Design wird auf einem Plotter-Drucker auf Film gebracht. Auch die Lötstoppmaske für die Innenlage wird gedruckt. Nach der Ausrichtung stanzt eine Maschine ein Passloch in die Folien, um diese später korrekt mit den Lagen auszurichten.

Nach dem Aufbringen von Kupfer auf das Laminatmaterial für die Innenlage legen Techniker den bedruckten Film auf das Laminat und richten beide mithilfe der Passlöcher aus.

UV-Licht belichtet den Film (Resist) und härtet die Chemikalien der hellen Bereiche in das gedruckte Muster aus. Diese ausgehärteten Bereiche werden während der Ätzphase nicht abgewaschen, während die nicht ausgehärteten Bereiche unter dunkler Folie ihr Kupfer verlieren.

Innenlagen-Ätzen (Inner Layer Etching)

Nach der Belichtung haben die von weißer Tinte bedeckten Bereiche ausgehärtet. Dieses Material schützt das darunter liegende Kupfer, das nach dem Ätzen auf der Platine verbleibt.

Techniker waschen die Platine zunächst mit Alkalilauge, um nicht ausgehärteten Resist zu entfernen. Dies legt Bereiche frei, die nicht-leitende Teile der Leiterplatte abdecken. Anschließend wird das überschüssige Kupfer aus diesen nicht-leitenden Bereichen durch Eintauchen in ein Kupferlösungsmittel gelöst.

Resist-Entfernung (Resist Stripping)

Der Schritt der Resist-Entfernung beseitigt jeglichen verbleibenden Resist, der das Kupfer der PCB-Innenlage bedeckt. Die Reinigung stellt sicher, dass die Leitfähigkeit des Kupfers nicht beeinträchtigt wird. Nach der Entfernung ist die Lage bereit für die Inspektion ihres Grunddesigns.

Post-Ätz-Stanzung (Post Etch Punch)

Die Post-Ätz-Stanzung richtet die Lagen aus und stanzt mithilfe der Passlöcher ein Loch durch sie. Wie bei der nachfolgenden Inspektion dieses Lochs und der Ausrichtung erfolgt das Stanzen computergesteuert durch eine optische Stanze (Optical Punch). Nach dem optischen Stanzen gelangen die Lagen zur automatisierten optischen Inspektion der Innenlagen (Inner Layer AOI).

Innenlagen-AOI (Inner Layer AOI)

Die automatisierte optische Inspektion der Innenlagen nutzt einen Computer, um die Innenlage sorgfältig auf unvollständige Muster oder verbliebenen Resist zu prüfen. Besteht die PCB-Lage die AOI, geht sie im Prozess weiter.

Innenlagen-Oxidation (Inner Layer Oxide)

Das Aufbringen von Oxid auf die Innenlage sorgt für eine bessere Verbindung zwischen Kupferfolie und isolierendem Epoxidharz zwischen Innen- und Außenlagen.

Layup (Lagenstapelung)

Der Layup-Schritt bei der Mehrlagen-PCB-Fertigung erfolgt, wenn eine Maschine die Lagen ausrichtet, erhitzt und mit einer Kupferfolienschicht und Isoliermaterial zwischen Innen- und Außenlagen verbindet. Computer steuern diese Maschinen, da die Ausrichtung und Verbindung exakt sein muss für die korrekte Struktur der Leiterplatte.

Laminierung

Bei der Laminierung werden Hitze und Druck eingesetzt, um das Bindemittel-Epoxid zwischen den Lagen zu schmelzen. Ordnungsgemäß laminierte PCBs halten ihre Lagen fest zusammen mit effektiver Isolierung dazwischen.

Röntgen-Ausrichtung (X-Ray Alignment)

Beim Bohren von Mehrlagenplatinen nach der Laminierung gewährleistet ein Röntgenbild die Ausrichtung des Bohrers. Diese Löcher ermöglichen Verbindungen zwischen den Lagen der Mehrlagen-PCB. Daher ist die Genauigkeit ihrer Platzierung und Größe in Bezug auf die jeweilige Lage und die anderen Lagen entscheidend. Nach der Röntgen-Ausrichtung der Lagen durchläuft die Leiterplatte das Bohren und setzt mit Schritt 9 der ein- oder doppelseitigen PCB-Fertigung fort.

Schritt 6: Lagenausrichtung

Nachdem jede der PCB-Lagen gereinigt wurde, sind sie bereit für die Lagenausrichtung und optische Inspektion. Die früheren Löcher dienen zur Ausrichtung der Innen- und Außenlagen. Zur Ausrichtung platziert ein Techniker sie auf einer optischen Stanze. Diese treibt einen Stift durch die Löcher, um die PCB-Lagen auszurichten.

Schritt 7: Automatisierte optische Inspektion

Nach der optischen Stanze führt eine weitere Maschine eine optische Inspektion durch, um sicherzustellen, dass keine Defekte vorliegen. Diese AOI ist entscheidend, da Fehler nach dem Zusammenfügen der Lagen nicht mehr korrigiert werden können. Zur Bestätigung vergleicht die AOI-Maschine die PCB mit dem Extended-Gerber-Design, das als Hersteller-Modell dient.

Nach bestandener Inspektion – weder Techniker noch AOI-Maschine fanden Defekte – geht die PCB in die letzten Fertigungsschritte.

Der AOI-Schritt ist entscheidend für den Betrieb der Leiterplatte. Ohne ihn könnten Platinen mit Kurzschlüssen, die nicht den Designspezifikationen entsprechen, oder mit nicht entferntem Kupfer den Rest des Prozesses durchlaufen. AOI verhindert dies als Qualitätskontrollpunkt in der Mitte der Produktion. Später wiederholt sich dieser Prozess für die Außenlagen nach deren Belichtung und Ätzung.

Schritt 8: Laminieren der PCB-Lagen

Im Schritt 6 sind alle PCB-Lagen zusammen und warten auf die Laminierung. Nach Bestätigung der Fehlerfreiheit sind sie bereit zum Verschmelzen. Der Laminierprozess erfolgt in zwei Schritten: Layup und Laminierung.

Die Außenseite der PCB besteht aus Glasfaserstücken, die mit Epoxidharz vorimprägniert (Prepreg) sind. Das ursprüngliche Substratstück ist ebenfalls mit einer dünnen Kupferfolie bedeckt, die nun die Ätzungen für die Kupferleiterbahnen enthält. Sobald Außen- und Innenlagen bereit sind, werden sie zusammengepresst.

Das Schichten dieser Lagen erfolgt mit Metallklemmen auf einem speziellen Presstisch. Jede Lage passt mithilfe eines Spezialstifts auf den Tisch. Der Techniker beginnt mit einer Lage Prepreg im Ausrichtungsbecken des Tisches. Darauf kommt eine Substratschicht, dann eine Kupferfolie, weitere Prepreg-Lagen und schließlich eine Pressplatte aus Kupfer.

Ist die Kupfer-Pressplatte platziert, ist der Stapel bereit zum Pressen. Der Techniker bringt ihn zu einer mechanischen Presse und presst die Lagen zusammen. Dabei werden Stifte durch den Stagen gestanzt, um sie zu fixieren.

Sind die Lagen korrekt fixiert, geht der PCB-Stapel zur Laminierpresse. Diese verwendet beheizte Platten, um Hitze und Druck auf den Stapel auszuüben. Die Hitze schmilzt das Epoxid im Prepreg, und der Druck verschmilzt den Stapel der PCB-Lagen.

Nach dem Pressen muss etwas ausgepackt werden: Der Techniker entfernt die obere Pressplatte und die Stifte, um die eigentliche PCB zu entnehmen.

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Schritt 9: Bohren

Vor dem Bohren lokalisiert ein Röntgengerät die Bohrpositionen. Dann werden Pass-/Führungslöcher gebohrt, um den PCB-Stapel zu sichern, bevor die spezifischen Löcher gebohrt werden. Für die eigentlichen Bohrungen wird ein computergesteuerter Bohrer verwendet, der die Extended-Gerber-Designdatei als Vorlage nutzt.

Nach Abschluss des Bohrens wird überschüssiges Kupfer an den Rändern abgefeilt.

Schritt 10: PCB-Beschichtung (Plating)

Nach dem Bohren ist das Panel bereit für die Beschichtung. Der Beschichtungsprozess verwendet Chemikalien, um alle verschiedenen Lagen der PCB zu verbinden. Nach gründlicher Reinigung wird das PCB in eine Reihe von Chemikalienbäder getaucht. Teil dieses Prozesses ist das Aufbringen einer mikrometerdünnen Kupferschicht, die auf die oberste Lage und in die gerade gebohrten Löcher abgeschieden wird.

Vor der Kupferfüllung dienen die Löcher lediglich dazu, das Glasfasersubstrat im Inneren des Panels freizulegen. Das Beschichten der Lochwände mit Kupfer bedeckt diese.

Schritt 11: Außenlagen-Belichtung (Outer Layer Imaging)

Früher im Prozess (Schritt 4) wurde ein Photoresist auf das PCB-Panel aufgebracht. In Schritt 11 wird eine weitere Photoresist-Schicht aufgebracht – diesmal nur auf die Außenlage, da diese noch belichtet werden muss. Nach Beschichtung und Belichtung der Außenlagen werden diese genau wie die Innenlagen im vorherigen Schritt beschichtet. Allerdings erhalten die Außenlagen eine Zinnbeschichtung zum Schutz des Kupfers der Außenseite.

Schritt 12: Außenlagen-Ätzen (Outer Layer Etching)

Beim endgültigen Ätzen der Außenseite schützt der Zinnschutz das Kupfer während des Ätzprozesses. Unerwünschtes Kupfer wird mit demselben Kupferlösungsmittel wie zuvor entfernt, wobei das Zinn das wertvolle Kupfer der Ätzfläche schützt.

Ein Hauptunterschied zwischen Innen- und Außenlagen-Ätzen betrifft die zu entfernenden Bereiche. Während Innenlagen dunkle Tinte für leitende Bereiche und klare Tinte für nicht-leitende Flächen verwenden, sind diese bei Außenlagen umgekehrt. Daher haben nicht-leitende Lagen dunkle Tinte, und das Kupfer hat helle Tinte. Diese helle Tinte ermöglicht die Zinnbeschichtung zum Kupferschutz. Ingenieure entfernen unnötiges Kupfer und verbliebenen Resist beim Ätzen und bereiten die Außenlage für AOI und Lötstopplack vor.

Schritt 13: Außenlagen-AOI (Outer Layer AOI)

Wie die Innenlage muss auch die Außenlage eine automatisierte optische Inspektion durchlaufen. Diese stellt sicher, dass die Lage den genauen Designanforderungen entspricht. Sie verifiziert auch, dass der vorherige Schritt alles überschüssige Kupfer entfernt hat, um eine ordnungsgemäß funktionierende Leiterplatte ohne falsche elektrische Verbindungen zu schaffen.

Schritt 14: Lötstopplack-Auftragung (Solder Mask Application)

Die Panels benötigen eine gründliche Reinigung vor der Lötstopplack-Auftragung. Nach der Reinigung erhält jedes Panel eine Tinten-Epoxid-Beschichtung und Lötstopplack-Folie auf der Oberfläche. Anschließend trifft UV-Licht die Platinen, um anzuzeigen, wo der Lötstopplack entfernt werden muss.

Nach dem Entfernen des Lötstopplacks geht die Leiterplatte in einen Ofen zur Aushärtung der Maske. Diese Maske bietet dem Kupfer der Platine zusätzlichen Schutz vor Korrosion und Oxidation.

Schritt 15: Bestückungsdruck-Auftragung (Silkscreen Application)

Da PCBs Informationen direkt auf der Platine benötigen, müssen Fertiger wichtige Daten auf der Oberfläche aufdrucken – ein Prozess, der als Bestückungsdruck oder Legenden-Druck bezeichnet wird. Diese Informationen umfassen:

• Firmen-IDs
• Warnhinweise
• Herstellerzeichen oder Logos
• Bauteilnummern
• Pin-Bezeichnungen und ähnliche Markierungen

Nach dem Aufdrucken dieser Informationen, oft mit einem Tintenstrahldrucker, erhalten die PCBs ihre Oberflächenveredelung. Anschließend folgen Test-, Schneide- und Inspektionsphasen.

Schritt 16: Leiterplatten-Oberflächenveredelung (Finishing the PCB)

Die Veredelung der PCB erfordert eine Beschichtung mit leitfähigen Materialien, wie:

• Chemisches Silber (Immersion Silver): Geringer Signalverlust, bleifrei, RoHS-konform, kann oxidieren und anlaufen
• Hartgold (Hard Gold): Langlebig, lange Haltbarkeit, RoHS-konform, bleifrei, teuer
• Chemisch Nickel/Gold (ENIG): Eine der häufigsten Veredelungen, lange Haltbarkeit, RoHS-konform, teurer als andere Optionen
• Heißluft-Lötveredelung (HASL): Kosteneffizient, langlebig, nachbearbeitbar, enthält Blei, nicht RoHS-konform
• Bleifreies HASL (Lead-free HASL): Kosteneffizient, bleifrei, RoHS-konform, nachbearbeitbar
• Chemisches Zinn (Immersion Tin / ISn): Beliebt für Pressfit-Anwendungen, enge Toleranzen für Bohrungen, RoHS-konform, Handhabung kann Lötprobleme verursachen, Zinnbartbildung
• Organische Lötbarkeitskonservierung (OSP): RoHS-konform, kosteneffizient, kurze Haltbarkeit
• Chemisch Nickel/Palladium/Gold (ENEPIG): Hohe Lötfestigkeit, reduziert Korrosion, erfordert sorgfältige Verarbeitung, weniger kosteneffizient als Optionen ohne Gold oder Palladium

Das richtige Material hängt von den Designspezifikationen und dem Budget des Kunden ab. Solche Veredelungen schaffen jedoch eine wesentliche Eigenschaft der PCB: Sie ermöglichen dem Bestücker das Bestücken elektronischer Bauteile. Die Metalle decken auch das Kupfer ab, um es vor Oxidation durch Luftexposition zu schützen.

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Schritt 17: Elektrischer Funktionstest (Electrical Reliability Test)

Nach Beschichtung und Aushärtung (falls erforderlich) führt ein Techniker eine Reihe elektrischer Tests an verschiedenen Bereichen der PCB durch, um die Funktionalität zu gewährleisten. Elektrische Tests müssen den Standards von IPC-9252 entsprechen (Guidelines and Requirements for Electrical Testing of Unpopulated Printed Boards). Die Haupttests sind Durchgangs- und Isolationsprüfungen. Der Durchgangstest prüft auf Unterbrechungen („Opens“). Der Isolationstest prüft die Isolationswerte der verschiedenen PCB-Teile auf Kurzschlüsse. Während die elektrischen Tests hauptsächlich der Funktionssicherheit dienen, testen sie auch, wie gut das ursprüngliche PCB-Design dem Fertigungsprozess standhielt.

Zusätzlich zu den grundlegenden elektrischen Tests gibt es weitere Tests zur Funktionsprüfung. Ein Haupttest ist der „Nagelbett-Test“ (Bed of Nails). Dabei werden mehrere Federkontakte an den Testpunkten der Leiterplatte angebracht. Diese üben bis zu 200 g Druck auf die Testpunkte aus, um zu prüfen, wie gut die PCB hohen Kontaktdruck an den Testpunkten standhält.

Bestand die PCB ihre elektrischen Funktionstests – und alle weiteren vom Hersteller gewählten Tests – geht sie zum nächsten Schritt: Ausbrechen und Inspektion.

Schritt 18: Konturfräsen und Ausbrechen (Profiling and Route Out)

Beim Profiling identifizieren Fertigungsingenieure Form und Größe der einzelnen Leiterplatten, die aus dem Fertigungspanel ausgeschnitten werden. Diese Informationen liegen typischerweise in den Gerber-Dateien des Designs vor. Dieser Profiling-Schritt leitet den Fräsprozess, indem er programmiert, wo die Maschine die Rillen im Fertigungspanel erstellen soll.

Das Fräsen (Routing Out) oder Ritzen (Scoring) ermöglicht eine einfachere Trennung der Platinen. Ein Router oder CNC-Maschine erstellt kleine Einschnitte entlang der Platinenkanten. Diese Kanten erlauben ein schnelles, beschädigungsfreies Ausbrechen.

Manche Fertiger wählen stattdessen eine V-Nut (V-Groove). Diese Maschine erstellt V-förmige Schnitte an den Seiten der Platine.

Beide Optionen ermöglichen eine saubere Trennung ohne Risse. Nach dem Ritzen brechen die Fertiger die Platinen vom Fertigungspanel, um sie zum nächsten Schritt zu bringen.

Schritt 19: Qualitätsprüfung und Sichtinspektion (Quality Check and Visual Inspection)

Nach dem Ritzen und Ausbrechen muss die PCB eine letzte Inspektion durchlaufen, bevor sie verpackt und versendet wird. Diese finale Prüfung verifiziert mehrere Aspekte der Konstruktion:

• Bohrungsgrößen müssen auf allen Lagen übereinstimmen und den Designanforderungen genügen.
• Platinenabmessungen müssen den Designspezifikationen entsprechen.
• Fertiger müssen Sauberkeit gewährleisten – keine Staubpartikel auf den Platinen.
• Fertige Platinen dürfen keine Grate oder scharfen Kanten haben.
• Alle Platinen, die elektrische Funktionstests nicht bestanden haben, müssen repariert und erneut getestet werden.

Schritt 20: Verpackung und Lieferung (Packaging and Delivery)

Die letzte Phase der PCB-Fertigung ist Verpackung und Lieferung. Die Verpackung umfasst typischerweise Material, das sich um die Leiterplatten versiegelt, um Staub und Fremdstoffe fernzuhalten. Die versiegelten Platinen kommen in Behälter, die sie vor Transportschäden schützen. Schließlich werden sie an die Kunden ausgeliefert.

Wie man einen effektiven PCB-Fertigungsprozess implementiert

Oft liegen Design- und Fertigungsprozesse der PCB-Herstellung in unterschiedlichen Händen. In vielen Fällen fertigt der Auftragsfertiger (Contract Manufacturer, CM) eine Leiterplatte basierend auf dem Design des Erstausrüsters (Original Equipment Manufacturer, OEM). Zusammenarbeit bei Komponenten, Designüberlegungen, Dateiformaten und Platinenmaterialien zwischen diesen Gruppen gewährleistet einen effektiven Prozess und nahtlose Übergänge zwischen den Phasen.

Komponenten

Der Designer sollte mit dem Fertiger über verfügbare Komponenten sprechen. Idealweise hat der Fertiger alle vom Design benötigten Komponenten vorrätig. Fehlt etwas, müssen Designer und Fertiger einen Kompromiss finden, um schnellere Fertigung bei Einhaltung der Mindestspezifikationen zu ermöglichen.

Design for Manufacturing (DFM) Überlegungen

Design for Manufacturing betrachtet, wie gut das Design die verschiedenen Fertigungsstufen durchläuft. Oft hat der Fertiger (meist der CM) DFM-Richtlinien für seine Anlage, die der OEM in der Designphase konsultieren kann. Der Designer kann diese DFM-Richtlinien anfordern, um sein PCB-Design an den Fertigungsprozess anzupassen.

Dateiformate

Kommunikation zwischen OEM und CM ist entscheidend für die vollständige Fertigung der PCB nach den Designspezifikationen des OEM. Beide Parteien müssen dieselben Dateiformate für das Design verwenden. Dies verhindert Fehler oder Informationsverluste bei Formatkonvertierungen.

Platinenmaterialien

OEMs können Leiterplatten mit teureren Materialien designen, als der CM erwartet. Beide Parteien müssen sich auf die verfügbaren Materialien und das, was für das PCB-Design am besten funktioniert und gleichzeitig kosteneffizient für den Endkäufer bleibt, einigen.

Kontaktieren Sie Millennium Circuits bei Fragen

Hochwertige Entwicklung und Fertigung von PCBs sind kritische Komponenten für den Betrieb von Leiterplatten in der Elektronik. Das Verständnis der Prozesskomplexität und warum jeder Schritt notwendig ist, vermittelt ein besseres Verständnis für den Aufwand und die Kosten, die in jede Leiterplatte fließen.

Wenn Ihr Unternehmen PCBs für irgendeinen Zweck benötigt, kontaktieren Sie uns bei Millennium Circuits Limited. Wir liefern kleine und große Stückzahlen wettbewerbsfähig bepreister Leiterplatten an unsere Kunden.

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