7 entscheidende Tipps für erfolgreiche PCB-Fertigung

Wussten Sie: Etwa die Hälfte aller weltweit entworfenen PCBs ist fehlerhaft. Sie schaffen die Fertigungsphase nicht. Und 30 % derer, die in den Markt gelangen, fallen nach der Auslieferung aus.

Warum scheitern so viele PCBs in der Produktion?

Einfache, kleine Details werden im Fertigungsprozess ignoriert. Diese Unachtsamkeit wird teuer.

Milliardenschwere Fehler

Vor etwa fünf Jahren machte General Motors einen 4,1-Milliarden-Dollar-Fehler. Ein Modellauto hatte einen PCB-Designfehler im Zündschlüssel, den Ingenieure übersehen hatten.

Wegen des PCB-Fehlers musste GM alle Modelle zurückrufen und Käufer mit Milliarden entschädigen. Zudem teure Anwälte für zahlreiche Klagen.

Denken Sie daran: Ein perfekt funktionsfähiges Millionen-Dollar-Auto, gescheitert am Zündschlüssel! Nur ein Zündschlüssel! Was für eine Verschwendung?

Ein Einzelfall? Nein. Jahre später machte Samsung einen historischen 5,3-Milliarden-Dollar-PCB-Designfehler. Es folgte McDonald's mit einem Fitnessgerät-PCB-Fehler für 33 Millionen Dollar.

In dieser Ausgabe betrachten wir sieben häufige Problemfelder bei der PCB-Fertigung.

Thermische Verhungerung (Starved Thermals) beachten

Thermals sind winzige Leiterbahnen um Pads, die Pads mit der Ebene verbinden. Ihre Rolle: Wärmeableitung. Primäres Designziel: Wärmeableitung vom Heat-Sink zum Heat-Sink effizient ermöglichen. Thermals sind auch beim Löten kritisch aufgrund der hohen Hitze.

Wiederum ignorieren manche die Bedeutung thermischer Verbindungen bei WellPCB. One-Stop-Service, hochwertige Produkte. Unterlagen senden, sofortiges Angebot! 10 Jahre Erfahrung. Dadurch entsteht ein Hohlraum zwischen Pad und Ebene – unvollständige thermische Verbindung.

Solche Fehler nennt man „thermisch verhungerte“ Verbindungen.

Thermisches Verhungern ist Hauptursache für Hitzeprobleme bei PCBs. Es senkt Wärmeübertragung unter thermischer Belastung oder beim Löten.

Folge: Thermisches Pad lötet ungleichmäßig oder braucht länger zum Reflow. Unnötige Verzögerung verlangsamt Montage oder produziert Geräte mit Überhitzungsgefahr im Betrieb.

Thermisches Verhungern kann im PCB-Design oder in der WellPCB-Fertigungsphase entstehen. One-Stop-Service, hochwertige Produkte. Unterlagen senden, sofortiges Angebot! 10 Jahre Erfahrung.

Übliche PCB-Design-Tools erkennen verhungerte Thermals nicht. Ein erfahrener, richtiger PCB-Dienstleister kann solche Fehler identifizieren und beheben.

Säurefallen (Acid Traps) vermeiden

„Säurefalle“ bezeichnet spitze Winkel im Schaltungsdesign. Während des Ätzprozesses fangen diese Winkel übermäßig Säure ein. Die gefangene Säure bleibt länger an der Biegungskante als nötig.

Diese stagnierende Säure frisst mehr Material als vorgesehen. Folge: PCB-Verbindungen werden schwach oder defekt. Auf lebenserhaltenden Geräten fatal.

Die meisten Säurefallen entstehen in der Fertigung. Als PCB-Designer sind sie oft nicht Ihre Schuld – Sie designen sie aber. Das sollte Sie beunruhigen, denn Sie haben die Macht, ihr Auftreten zu minimieren.

Ihr PCB ist Ihr Business. Die meisten Designer sind trainiert, Säurefallen zu vermeiden. Doch manchmal unterlaufen Fehler – besonders bei einfachen PCB-Design-Apps mit „Auto-Generate“-Funktionen.

Doppeltes Design-Check eliminiert Säurefallen meist. Falls doch übersehen: Unsere DFM-Tools helfen vor der Fertigung.

Silvers (Silberlinge)

Silvers sind dünne Keile aus Kupfer oder Lötmaske, die beim Ätzprozess entstehen. Meist bei langen, dünnen Kupfer- oder Lötstreifen, die vor vollständiger Auflösung weggespült werden.

Diese Silvers können in Chemikalienbäder gelangen und ungewollt auf anderen Boards landen – ungewollte Verbindungen entstehen.

Manchmal entstehen Silvers durch zu schmales oder zu intensives Schneiden von PCB-Abschnitten. Auch wenn sie auf dem Board bleiben sollen, lösen sie sich leicht ganz oder teilweise. Ungewollte Leiterbahnunterbrechungen machen Schaltungen nutzlos. Silvers sind schwer zu erkennen und zu beheben.

Vermeidung: PCBs mit Mindestbreiten designen.

Ausreichender Platten-zu-Kant-Abstand (Plate-to-Edge Clearance)

Kupfer ist das gängigste PCB-Leitmetall – hohe Leitfähigkeit, inert gegenüber den meisten Reaktanten. Nachteil: weich und korrosionsanfällig. Beim PCB-Fertigen wird Kupfer mit isolierenden Materialien beschichtet, um Korrosionsrisiko zu minimieren.

Beim Trimmen können vorstehende Kupferschichten und Verbindungen nahe der Oberfläche freiliegen. Risiko für PCB-Stabilität.

Erstens: Freiliegende Kupferverbindung kann versehentlich mit anderem Bauteil verbinden – Kurzschluss. Zweitens: Korrosionsrisiko. Drittens: Elektrischer Schlag für Handler.

Notwendig: Ausreichender Abstand zwischen Kupferplatte und Platinenkante („Copper-to-Edge“ oder „Plate-to-Edge“). DFM-Inspektion vor Fertigung deckt solche Designfehler auf.

Hohlräume bei der Galvanisierung (Plating Voids)

Bei Via-Erstellung müssen Durchkontaktierungen (Through-hole Vias) Platz schaffen – sie verbinden PCB-Seiten.

Bei Durchkontaktierungen bohrt der Fertiger durch alle PCB-Schichten – für Kupferbeschichtung der Löcher. Dünne nicht-leitende Kupferschicht wird abgeschieden (Deposition). Weitere Kupferschichten vervollständigen die Verbindung.

Manchmal ist Deposition fehlerhaft: Hohlräume oder Luftblasen entstehen. Unerwartete interne Leiterbahnunterbrechungen – schwer zu detektieren oder zu reparieren.

Probleme entstehen in der Fertigung, kaskadieren in die Fertigungsstufe. Wählen Sie etablierten PCB-Hersteller mit adäquaten Werkzeugen und Personal zur Defekterkennung.

Elektromagnetische Komplikationen

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Elektromagnetische Störung (EMI) sind Hauptforderungen an zuverlässige PCB-Produktion. EMV betrifft Erzeugung, Ausbreitung, Empfang elektromagnetischer Energie; EMI deren Nebenwirkungen.

Unkontrollierte EMI führt zu defekten PCBs. Für Einsteiger ist Unterscheidung schwierig. Aber gängige Design-Überlegungen helfen: 90-Grad-Winkel bei Komponenten minimieren, Massefläche vergrößern. Bei Unsicherheit: abgeschirmte Kabel zur EMI-Reduktion nutzen.

DFM-Vermeidung

DFM („Design for Manufacturability“) bezeichnet Prüfprozess auf Standardkonformität. Während DFM wird PCB-Design auf mögliche Komplikationen in Design oder Montage analysiert. Haupttest: Erreicht PCB gesetzte Ziele?

Neben Funktionalität testet DFM auch, wie PCB versagt. DFM bewertet PCB vom worst case. Topologie wird evaluiert, die meisten Designfehler identifiziert, die typische CAD-Software ignoriert. Prüfung gegen Datenbank aus riesigem Pool an PCB-Erfahrungen. DFM-Checks sind finale Checks vor Massenproduktion.

Wichtig

Bei häufigem Herstellerwechsel funktioniert PCB-Prototyp möglicherweise nicht wie Endproduktion.

PCB-Hersteller bestimmen PCB-Qualität maßgeblich. Hersteller kann Ihr Originaldesign an Standards anpassen vor Fertigung. Diese Änderungen bleiben beim Hersteller.

Wechseln Sie den Hersteller, verschwinden diese Änderungen. Empfehlung: PCBs von einem einzigen, vertrauenswürdigen PCB-Fertigungsunternehmen beziehen.

Zusammenfassung

Stehen Sie vor PCB-Produktion? Wir helfen, sie fehlerfrei umzusetzen. Unser Profi-Team beantwortet gerne Ihre Fragen. Als renommierte Hersteller investieren wir in Spitzentechnologie für DFM-Checks zur Qualitätsproduktion.

Kontaktieren Sie uns heute – wir helfen Ihnen, es richtig zu machen.