PCB-Fertigung: Der komplette Produktionsprozess im Überblick

Einleitung: Warum Prozesskenntnis entscheidend ist

Die PCB-Fertigung umfasst zahlreiche Einzelschritte. Hersteller setzen oft spezifische Verfahren ein, um Qualität und Effizienz zu steigern. Für Designer, Ingenieure und Einkäufer ist es essenziell, diese Prozesse zu kennen – nur so lässt sich die optimale Methode für das jeweilige Projekt wählen.

Dieser Artikel beleuchtet die einzelnen Fertigungsschritte der Leiterplattenproduktion. Ziel: Sie in die Lage versetzen, basierend auf Ihren Projektanforderungen die richtigen Prozesse auszuwählen und maximale Effizienz zu erzielen.

1. Besondere PCB-Formate: Form und Größe

Leiterplatten können nahezu jede Form und Größe annehmen – passend zum Gehäuse und zur Anwendung.

1.1 Sonderformen

Neben klassisch rechteckigen oder quadratischen PCBs sind möglich:

• Rund / Kreisförmig
• L-förmig
• Polygonal (z. B. sechseckig)
• Oval

Moderne PCB-Design-Tools (Altium, KiCad, Eagle) erlauben freie Konturdefinition im Editor. Sie können eigene Formen erstellen oder bestehende anpassen.

1.2 Panel- & Einzelgrößen

Die Panelgröße (Bestückungsrahmen) beeinflusst Kosten und Ausnutzung. Standardformate sind z. B.:

• 18 × 24 Zoll (457 × 610 mm) – am häufigsten
• 12 × 18 Zoll (305 × 457 mm)
• 21 × 24 Zoll (533 × 610 mm)
• 21 × 29 Zoll (533 × 737 mm)

Wählen Sie ein Format, das Ihre Nutzenoptimierung (Panelisierung) maximiert und Verschnitt minimiert.

2. Spezielle PCB-Materialien

Das Basismaterial bestimmt thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften. Auswahlkriterien: Betriebstemperatur, Frequenz, Zuverlässigkeitsanforderungen, Kosten.

2.1 FR-4 TG150

TG (Glasübergangstemperatur) = 150 °C. Flammhemmendes, glasfaserverstärktes Epoxidharz. Standard für mittlere thermische Belastung. Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

2.2 FR-4 TG170

TG = 170 °C. Höhere Hitzebeständigkeit für anspruchsvollere Anwendungen (z. B. Automobil, Industrie). Bleibt bis 170 °C formstabil.

2.3 Rogers-Hochfrequenzmaterialien

Rogers Corporation fertigt Laminate auf PTFE-Basis (z. B. RO4000, RO3000 Serien). Kombination aus FR-4-Kern und PTFE-Decklagen für niedrige Dielektrizitätsverluste bei hohen Frequenzen (5G, Radar, Satcom). Teurer als FR-4, aber unverzichtbar für RF/Microwave.

3. Lötstoppmasken & Bestückungsdruck (Silkscreen)

Lötstoppmaske (Solder Mask) schützt Kupferleiterbahnen vor Oxidation, verhindert Lötbrücken und Kurzschlüsse beim Reflow/Lötwelle.

3.1 Flüssig-LPI (Liquid Photoimageable)

Standardverfahren. Tintenförmige Maske wird aufgespritzt/gewalzt, UV-belichtet durch Fotomaske, entwickelt. Hohe Auflösung, gute Haftung, kosteneffizient.

3.2 Trockenfilm-LPI (Dry Film Photoimageable)

Vakuumlaminierter Fotolack. Nach Belichtung & Entwicklung bleiben Öffnungen für Lötpads. Anschließend thermisches Aushärten. Geeignet für hohe Dicken oder spezielle Anforderungen.

3.3 Epoxid-Lötstopplack (Screen Printed)

Kostengünstigste Variante. Per Siebdruck aufgebracht. Geringere Auflösung und Chemikalienbeständigkeit. Für einfache, preissensitive Anwendungen.

3.4 Silkscreen (Bestückungsdruck)

Kennzeichnung von Bauteilen, Polung, Warnzeichen, Logos. Farben: Weiß (Standard), Gelb, Schwarz, Rot. Drei Verfahren:

• Manueller Siebdruck – für Kleinserien/Prototypen
• LPI (Liquid Photo Imaging) – feinere Auflösung, automatisierbar
• DLP (Direct Legend Printing) / Inkjet – höchste Präzision, variable Daten, kein Sieb nötig

4. Bohrungen & Vias – Verbindungswege im 3D-Raum

Vias (Kontaktbohrungen) schaffen elektrische Verbindungen zwischen Lagen. Verschiedene Technologien für unterschiedliche Anforderungen:

• Backdrill / Counterbore – Entfernt ungenutzte Via-Stümpfe (Stubs) in High-Speed-Designs zur Reduktion von Reflexionen. Counterbohrungen für Schraubenköpfe.
• Plugged Vias – Via-Loch nach Kupferbeschichtung mit Lötstoppmasse oder leitfähigem/isolierendem Füllmaterial verschlossen. Verhindert Lötzinn-Einzug, verbessert Planarität.
• Blind Vias – Verbinden eine Außenlage mit einer/mehreren Innenlagen. Durchdringen NICHT das gesamte Board. Platzsparend, HDI-Standard.
• Buried Vias – Verbinden ausschließlich Innenlagen. Von außen unsichtbar. Maximale Routing-Dichte auf Außenlagen.
• Microvias (Laserbohrungen) – Durchmesser < 150 µm (typ. 50–100 µm). Verbinden benachbarte Lagen in HDI-Aufbauten (1+N+1, 2+N+2). Ermöglichen feinste Pitch-BGA-Fanouts.
• Tented Vias – Via-Öffnung und Ring mit Lötstoppmaske abgedeckt. Schutz vor Kontamination, optisch sauber. Kein Testzugriff mehr möglich.
• Mechanical Milling (Fräsen) – Kupferabtrag per Fräser statt Ätzen. Chemiefrei, für Prototypen & RF-Leitungen (glatte Kanten).

5. Oberflächenveredelung (Surface Finish) – Schutz & Lötbarkeit

Die Oberfläche schützt freiliegendes Kupfer vor Oxidation und gewährleistet zuverlässiges Löten über Lagerzeit hinweg.

5.1 Hartgold (Hard Gold / Electrolytic Ni/Au)

Gold über Nickel (2–5 µm Au). Extrem verschleißfest. Standard für Kontaktfinger (Edge Connectors), Tastaturen, Steckverbinder. Teuer, prozessintensiv.

5.2 Chemisch Nickel-Palladium-Gold (ENEPIG)

Ni/Pd/Au-Schichtsystem. Gute Drahtbondbarkeit (Au/Al), lötbar, flach, RoHS-konform. Alternative zu Hartgold bei gemischten Montagetechnologien. Nicht für höchste Strombelastbarkeit an Kontakten.

5.3 Chemische Zinn/Silber/Gold (Immersion Sn/Ag/Au)

• Immersion Silver (ImAg) – Flach, gut für Feinleiter & BGA. Einfacher Prozess. Empfindlich gegen Schwefelkorrosion (Verfärbung), schwierig elektrisch zu testen.
• Immersion Tin (ImSn) – Bleifreies Löten, SMT-geeignet, flach. Empfindlich gegen Zinnbartbildung (Whiskers), begrenzte Lagerfähigkeit, nicht für Steckverbinder (Kontaktwiderstand).
• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) – Industriestandard. Ni (3–6 µm) + Au (0,05–0,1 µm). Perfekt flach für Feinpitch/BGA, lötbar, drahtbondbar, lange Haltbarkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit. Etwas teurer.

5.4 Goldfinger (Edge Connector Plating)

Steckkanten (PCIe, RAM, Erweiterungsstecker) erhalten selektives Hartgold (oft nur an den Fingern), um tausende Steckzyklen zu überstehen. Rest der Leiterplatte z. B. ENIG.

6. Elektrische Prüfung (E-Test) – Qualitätssicherung

Nach Oberflächenfinish: 100%ige Prüfung auf Kurzschlüsse (Shorts) und Unterbrechungen (Opens). Zwei Hauptverfahren:

• Flying Probe Test – Bewegliche Nadeln prüfen jedes Netz einzeln. Kein Adapter nötig. Ideal für Prototypen, Kleinserien, komplexe HDI-Boards. Langsamer.
• Betty-of-Nails / Universal Grid Test – Fester Adapter (Testfixture) kontaktiert alle Testpunkte simultan. Sehr schnell, aber Adapterkosten. Standard für Großserien.

Zusatzprüfungen: Isolationswiderstand, Impedanzkontrolle (TDR), Durchgangswiderstand von Vias.

7. Weitere wichtige Aspekte

7.1 Tooling (Werkzeugdaten)

Erstellung der Fertigungsdaten für Bestückung (Pick-and-Place-Programme, Stencil-Daten, Testadapter). Einmalig pro Projekt. Wiederholbestellungen benötigen kein neues Tooling.

7.2 Halogenfrei (Halogen-Free)

Halogene (Brom, Chlor, Fluor, Jod, Astat) in Flammschutzmitteln können bei Brand giftige Gase bilden. Halogenfreie Laminate (z. B. Phosphor-basiert) erfüllen IEC 61249-2-21 (< 900 ppm Cl, < 900 ppm Br, < 1500 ppm gesamt). Umwelt- & Gesundheitsanforderung (z. B. WEEE, RoHS, REACH).

7.3 HF / CIT (High Frequency / Copper on Flex)

• CIT (Copper on Flex / PET) – Kupfer auf flexiblem PET-Substrat per Druckverfahren. Niedrigkosten, Rapid Prototyping, keine Photolithografie.
• HF-PCBs (High Frequency) – PTFE-basierte Laminate (Rogers, Taconic, Arlon) für > 1 GHz. Niedriges Dk/Df, enge Toleranzen.

Fazit & WellPCB-Service

Die PCB-Fertigung nutzt spezifische Prozesse, die auf Ihre Anforderungen abgestimmt werden müssen. Die richtige Wahl sichert Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit.

WellPCB bietet One-Stop-Service aus einer Hand: Design-Support, Prototypen, Serie, Bestückung, Test. 10 Jahre Erfahrung, ISO 9001, UL-zertifiziert. Senden Sie Ihre Fertigungsdaten (Gerber, BOM, Bohrdatei) – Sie erhalten umgehend ein Angebot. Lassen Sie uns Ihr Projekt gemeinsam realisieren!