Der ultimative Leitfaden für den Prozessablauf bei der PCB-Herstellung

Vor dem Aufkommen von Leiterplatten wurden Schaltkreisverbindungen durch Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung hergestellt. Mit zunehmender Lebensdauer elektronischer Produkte wird das Alterungsphänomen der Schaltungen jedoch immer deutlicher. Dies stellt ein ernstes Problem für die Zuverlässigkeit der Leitungen dar, und der Bruch der Leitung führt zu einem offenen Stromkreis oder Kurzschluss des Leitungsknotens. Um diese Probleme in den Griff zu bekommen, wurden neue Technologien zur Herstellung von Leiterplatten eingeführt. In diesem Artikel wird FS Technology jeden einzelnen Schritt des Leiterplattenherstellungsprozesses aufschlüsseln und detailliert erläutern und darstellen.

PCB Herstellungsprozess Flussdiagramm

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technik gibt es immer mehr Arten von PCB. Je nach Anzahl der Flächen und Lagen lassen sich Leiterplatten in einlagige, zweilagige, mehrlagige, einseitige und doppelseitige Leiterplatten usw. unterteilen. Der Herstellungsprozess der verschiedenen Arten von Leiterplatten ist unterschiedlich. Je höher die Anzahl der Seiten, desto komplexer sind die Schritte zur Herstellung von Leiterplatten. Nachfolgend finden Sie das Flussdiagramm zur Leiterplattenherstellung von FS Technology:

Flussdiagramm der Herstellung von einseitiger Leiterplatte

Einseitiges PCB Flussdiagramm

Doppelseitige Leiterplatte FAbrasion Flussdiagramm

Flussdiagramm für die doppelseitige PCB-Herstellung

Mehrschichtige Leiterplatte MHerstellung Prozess Flussdiagramm

Herstellungsprozess für mehrschichtige Leiterplatten

Kompletter PCB-Herstellungsprozess

Der erste Schritt bei der Herstellung einer Leiterplatte: Design

Das Design ist ein wichtiger Schritt in der Leiterplattenproduktion. Normalerweise nennen wir es PCB-Design oder PCB-Layout. Die Leiterplatten sollten streng kompatibel sein, und die Designer erstellen ein PCB-Layout mit PCB-Design-Tools. Die Schritte des PCB-Designs können in die folgenden Links unterteilt werden:

PCB-Schaltplan: Ein Diagramm, das zur Darstellung der Verbindung von Komponenten auf einer Leiterplatte verwendet wird. Man kann sagen, dass das Zeichnen des Schaltplans im Mittelpunkt des Herstellungsprozesses einer Leiterplatte steht und das Lebenselixier der Leiterplatte ist. Die Qualität des Schaltplans ist eng mit der Qualität des Projekts verbunden.

PCB-Diagramm: Es handelt sich dabei um das Installationsdiagramm der grundlegenden elektronischen Komponenten. Die Leiterplatte muss die Metallfolie auf der Isolierplatte abdecken und dann den nicht benötigten Teil der Metallfolie korrodieren. Die verbleibende Metallfolie wird für die Verbindung der PCBA-Komponenten verwendet, und schließlich werden die Komponenten entsprechend den Markierungen auf dem PCB-Diagramm zusammengesetzt.

BOM-Datei: Sie bezieht sich auf die Beschaffungsdokumente. Bei schlüsselfertigen Projekten sind diese Dokumente erforderlich für Beschaffung von PCBA-Komponenten und Patch-Verarbeitung und Löten.

Bauteil-Footprint-Bibliothek: Eine Prototyp-Bibliothek von Komponenten, die in Schaltplänen verwendet werden.

PCB-Gehäusebibliothek: Es handelt sich um die externe Gehäusebibliothek von Chipwiderständen und Kondensatoren auf der Leiterplatte.

CAM-Datei: bezieht sich auf Gerber- und NC-Bohrdateien, die von jeder Design-Software ausgegeben werden können und hauptsächlich von Leiterplattenherstellern verwendet werden.

Die Entwicklung von Leiterplatten erfordert den Einsatz von Designtools. FS Technology empfiehlt Ihnen hier einige beliebte Anwendungen: Altium, Eagle, KiCad, Cadence, OrCAD, Pads, usw.

HINWEIS: Vor der Herstellung der Leiterplatte ProzessDesigner sollten ihre Vertragshersteller über die Version der PCB-Designsoftware informieren, mit der sie die Schaltung entworfen haben, um Probleme aufgrund von Unterschieden zu vermeiden. Sobald ein Leiterplattendesign für die Produktion freigegeben ist, exportieren die Designer das Design in ein Format, das von ihrem Hersteller unterstützt wird. Das am häufigsten verwendete Programm heißt Gerber.

Der zweite Schritt des PCB-Herstellungsprozesses: CCL-Herstellung

CCL ist ein Substratmaterial, das in starres CCL und flexibles CCL unterteilt wird. Das kupferkaschierte Laminat ist der Schlüssel zur Bestimmung der Signalübertragungsgeschwindigkeit, des Energieverlusts und der charakteristischen Impedanz in der Schaltung. Es spielt die Rolle der Verbindungsleitung, der Isolierung und der Unterstützung in der Leiterplatte. Der detaillierte CCL-Herstellungsprozess sieht wie folgt aus: PP-Schneiden → Vorstapeln → Kombination → Pressen → Demontage → Schnittkontrolle → Verpackung → Lagerung → Versand. Da es sich bei der CCL um das Herzstück der Leiterplatte handelt, kann Staub auf der Oberfläche der CCL zu Kurzschlüssen oder Unterbrechungen in der Endschaltung führen.

Herstellung von kupferkaschierten Laminaten

Die Abbildung unten zeigt eine detaillierte Erklärung der inneren Schicht der 10-Lagen-Leiterplatte. In der Tat wird die Leiterplatte durch das kupferkaschierte Laminat und die Kupferfolie durch das Prepreg verbunden. Die Produktionsreihenfolge besteht darin, mit der mittleren Kernplatine zu beginnen, sie kontinuierlich zu stapeln und dann zu fixieren.

Internes Lagenbild einer 10-Lagen-Leiterplatte

Der dritte Schritt bei der Herstellung von Leiterplatten: Innere Linie

Nach der Reinigung des CCL müssen wir den lichtempfindlichen Film auf die Oberfläche des PCB-Substrats kleben, um die anschließende Bildübertragung vorzubereiten. Dieser Film hat die Eigenschaft, dass er bei Lichteinwirkung aushärtet. Daher können wir diesen Film verwenden, um einen Schutzfilm auf der Kupferfolie des CCLs zu bilden.

Bedecken Sie das CCL mit trockener Folie

Um die Stapelposition der PCB-Layout-Folie genau zu bestimmen, müssen wir die zweilagige PCB-Layout-Folie und das doppellagige kupferkaschierte Laminat in die obere Lage der PCB-Layout-Folie einlegen.

Präzise Platzierung der PCB-Laminatfolie

Nachdem die oben genannten Vorbereitungen abgeschlossen sind, wird der lichtempfindliche Film mit Licht belichtet und gehärtet, um das Bild des Substrats auf den lichtempfindlichen Film zu übertragen. Der Film besteht aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilen. Wenn der lichtempfindliche Film durch den Fotorezeptor läuft, härtet die UV-Lampe den lichtempfindlichen Film in der lichtdurchlässigen Position aus. Der ausgehärtete Teil ist die innere Schaltung der Leiterplatte, die wir benötigen, und der nicht ausgehärtete Teil wird mit Lauge entfernt.

Belichten Sie den lichtempfindlichen PCB-Film

Nachdem der lichtempfindliche Film entfernt wurde und der gehärtete Resist das Kupfer bedeckt, das wir behalten möchten, geht das CCL in die nächste Phase: die Entfernung von unerwünschtem Kupfer. Genauso wie alkalische Lösungen den Fotolack entfernen, werden stärkere Chemikalien überschüssiges Kupfer entfernen. Ein Kupferlösungsbad entfernt das gesamte freigelegte Kupfer. Gleichzeitig bleibt das gewünschte Kupfer unter der gehärteten Photoresistschicht vollständig geschützt.

Nicht alle Kupferplatten sind gleich. Einige schwerere Platten erfordern größere Mengen an Kupferlösungsmittel und andere Belichtungszeiten. Außerdem muss bei schwereren Kupferplatten besonders auf die Leiterbahnabstände geachtet werden. Die meisten Standardplatinen basieren auf ähnlichen Spezifikationen.

Der abschließende Prozess der Herstellung von PCB-Innenlagen

Der vierte Schritt des PCB-Konstruktionsprozesses: AOI-Inspektion

PCBA-Tests umfasst viele Arten: visuelle Inspektion, optische AOI-Inspektion, elektrische Inspektion, Funktionstests, usw. Normalerweise wird die AOI-Prüfung nach Abschluss der SMT-Bestückung durchgeführt, aber um die Ausbeute der Leiterplatte zu gewährleisten, ist die AOI-Prüfung auch nach Abschluss des Herstellungsprozesses der Innenlagen erforderlich. Denn wenn die Leiterplatte in den Laminierungsprozess eintritt, kann sie nicht mehr verändert werden, selbst wenn die innere Schicht falsch ist. Das kupferkaschierte Laminat kommt in das AOI-Prüfgerät. Nach dem Scannen überträgt das Gerät die Daten des fehlerhaften Bildes an das VRS, und dann ist der Auftraggeber für die Überholung zuständig.

AOI-Test

Formale Verbindung zur PCB-Produktion: Kaschierung

Wie der Name schon sagt, bezieht sich die Laminierung auf das Zusammenkleben der Lagen einer Leiterplatte, um die äußeren Lagen mit den inneren Lagen zu verbinden, ein Prozess, der in zwei Schritten erfolgt: Delaminierung und Bonding. Dieser Schritt ist ein eigentlicher PCB-Herstellung Prozess, was bedeutet, dass die grüne Platine (oder andere Farben), die wir sehen, nach der Laminierung entsteht. Die Grundform der Leiterplatte besteht aus Laminaten, deren Kernmaterialien Epoxidharz und Glasfasern sind, die auch als Trägermaterialien bekannt sind, also das oben erwähnte kupferkaschierte Laminat. Bei dieser Verbindung müssen wir ein neues Rohmaterial verwenden - Prepreg. Dieses Material hat eine gute Isolierung und kann die Verbindung zwischen der Kernplatte und der Kernplatte, der Kernplatte und der äußeren Kupferfolie unterstützen.

Lagenaufbau: In der inneren Lagenstruktur der Leiterplatte werden die untere Kupferfolie und zwei Lagen Prepreg im Voraus durch das Ausrichtungsloch und die untere Eisenplatte fixiert, dann wird die gefertigte Kernplatine in das Ausrichtungsloch gelegt, und schließlich bedecken die zwei Lagen Prepreg, eine Lage Kupferfolie und eine Lage drucktragende Aluminiumplatte die Kernplatine.

PCB Laminierung Beschichtung

Verkleben: Nachdem die Laminierung abgeschlossen ist, wird die mit der Eisenplatte eingespannte Leiterplatte auf den Halter gelegt und dann zum Laminieren in eine Vakuum-Heißpresse geschickt. Durch die hohe Temperatur schmilzt das Epoxidharz im Prepreg, und schließlich werden die Kernplatine und die Kupferfolie unter Einwirkung von atmosphärischem Druck miteinander verbunden.

PCB-Laminierung durch Vakuum-Heißpressen

Nachdem der obige Vorgang abgeschlossen ist, werden die Eisenplatte und die drucktragende Aluminiumplatte auf der oberen Schicht der Leiterplatte entfernt. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Seiten der Leiterplatte mit einer Schicht glatter Kupferfolie bedeckt, und der Laminierungsprozess ist abgeschlossen. PS: Neben der Funktion als Druckträger hat die Aluminiumplatte auch die Aufgabe, verschiedene Leiterplatten zu isolieren und die äußere Kupferfolie der Leiterplatte zu glätten.

Die oben genannten Schritte werden nur bei der Herstellung von Leiterplatten mit mehr als vier Schichten angewendet.

Der sechste Schritt bei der Herstellung von Leiterplatten: Bohren

PCB Lochabstand

Das Bohren von Löchern in die gestapelte Leiterplatte dient dazu, die 4 Kupferschichten berührungslos miteinander zu verbinden, und alle auf der Leiterplatte montierten Komponenten sind auf die Präzision der Präzisionsbohrung angewiesen. Der Durchmesser des Bohrers ist dünner als ein menschliches Haar, etwa 100 Mikrometer. Um ein präzises Bohren zu erreichen, müssen wir die folgenden Schritte mit Hilfe von kompakten Instrumenten durchführen:

Zunächst müssen wir die gesamte Leiterplatte durchbohren und dann die Lochwand metallisieren, um Strom zu leiten. Um diese winzigen Löcher zu finden, ist eine präzise Positionierung des inneren Kerns der Leiterplatte durch eine hochentwickelte Röntgenbohranlage erforderlich. Nachdem Sie die Position des Lochs auf der CCL gefunden haben, müssen Sie ein Positionierungsloch auf der Leiterplatte anbringen, um sicherzustellen, dass das Loch beim Bohren durch die Mitte des Lochs geht. Um die Kupferfolie auf der Leiterplatte beim Stanzen nicht zu zerreißen, müssen Sie die obere und untere Schicht der Leiterplatte mit einer Lage Aluminiumblech abdecken und das Ganze schließlich zum Stanzen in die Stanzmaschine legen. Um die Effizienz der Leiterplattenherstellung zu verbessern, bohren wir in der Regel mehrere identische Leiterplattenstapel zusammen.

                                                     Röntgengerät zum Auffinden von PCB                      Legen Sie die Leiterplatte in den Stanzer ein

Das siebte Glied im Prozess der Leiterplattenherstellung: Die Beschichtung des Panels

Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Lagen der Leiterplatte werden alle durch Perforationen hergestellt. Nach dem Bohren ist eine galvanische Beschichtung erforderlich. FS Technology betrachtet eine gute Verbindung als eine Kupferschichtdicke von mehr als 25 Mikrometern auf der Lochwand, aber da die Lochwand aus nicht leitendem Epoxidharz und Glasfaserplatten besteht, ist dies schwierig. Daher müssen wir die Leiterplatte in ein Kupferbad mit Schwefelsäure und Kupfersulfat legen, damit sich eine Schicht aus leitfähigem Material an der Lochwand abscheidet. Wenn wir Strom in die Lösung leiten, lagert sich Kupfer auf der Oberfläche der leitfähigen Substanz der Leiterplatte ab. Nach der Verkupferung ist eine Verzinnung erforderlich, und die Beschichtung auf der Leiterplattenoberfläche ist eine Ätzbarriere. 

Der Prozess der Übertragung des äußeren PCB-Layouts auf die Kupferfolie erfordert die Verwendung von fotokopiertem Film und lichtempfindlichem Film, was dem Prinzip der Übertragung des Layouts der inneren Schicht des kupferkaschierten Laminats ähnlich ist. Der Unterschied besteht darin, dass bei der Übertragung des äußeren Leiterplattenlayouts die Position, an der der lichtempfindliche Film ausgehärtet wird, nicht die Linie ist. Wir müssen dort kupfern und dann verzinnen, wo sich kein Film befindet. Nachdem die Galvanisierung abgeschlossen ist, werden der Film abgezogen und die Zinnablösung durchgeführt. Durch den Schutz des Zinns bleibt das Schaltungsmuster auf der Leiterplatte erhalten.

Wie bereits erwähnt, ist die Dicke der Kupferschicht größer als 25 Mikrometer. Um sicherzustellen, dass die Löcher eine gute elektrische Leitfähigkeit haben, wird der gesamte Verkupferungsprozess automatisch von einem Computer gesteuert.

Der achte Schritt des Herstellungsprozesses von Leiterplatten: Sekundäre Inspektion

Bei einer Leiterplatte ist das Wichtigste die Leiterbahn. Wir wissen, dass nackte Platinen nicht funktionieren. Die Funktionsprinzip von PCB ist es, die elektrische Verbindung zwischen Komponenten durch Leiterbahnen zu realisieren, um verschiedene Anweisungen auszuführen. Daher ist es notwendig, eine sekundäre AOI-Erkennung auf Leiterbahnen durchzuführen. Die sekundäre Inspektion der Leiterplatte ist die gleiche wie die vorherige Inspektion, daher werde ich sie hier nicht allzu sehr beschreiben.

Das letzte Glied des PCB-Herstellungsprozesses: Die Verarbeitung der Außenschicht

Zu den Schichten, aus denen eine Leiterplatte besteht, gehören: Siebdruckschicht, Lötmaske, Kupferschicht, Substratschichten. Der Inhalt der inneren Schicht wurde bereits oben behandelt, hier soll hauptsächlich der äußere Teil der PCB-Schicht - Siebdruckschicht und Lötmaskenschicht.

                                                 PCB Lötmaske Schicht                                PCB-Siebdruckschicht

Lötmaske Schicht

Das Aufbringen der Lötstoppmaske ist ein wichtiger Teil des PCB-Herstellungsprozesses, der die Leiterplatte schützen kann. Bevor Sie die Lötmaske auf beide Seiten der Leiterplatte auftragen, saubere Leiterplatte und bedecken Sie sie mit Epoxid-Lötstoppfarbe. 

Bei der Reinigung setzt FS Technology Beizen, Ultraschallwaschen und andere Reinigungsverfahren ein, um Platinenoxide zu entfernen und die Rauheit der Kupferoberfläche zu erhöhen. Nachdem die Reinigung abgeschlossen ist, beginnt die Herstellung der Lötmaske für die Leiterplatte. Der Prozess läuft wie folgt ab:

Bedecken Sie die Lötstopplacktinte an der Stelle, die nicht gelötet werden muss → Trocknen Sie das Lösungsmittel in der Lötstopplacktinte → Bilden Sie ein Polymer, indem Sie die gehärtete Lötstopplacktinte mit einer UV-Lampe bestrahlen → Entfernen Sie die Natriumcarbonatlösung in der unpolymerisierten Tinte → Sekundäres Trocknen

Siebdruck Schicht

Die fast fertige Leiterplatte erhält eine Inkjet-Beschriftung auf ihrer Oberfläche, um alle wichtigen Informationen über die Leiterplatte anzugeben. 

Zusätzliche PCB-Herstellungsprozesse: Bezahlte Artikel

Wenn Sie den vollständigen Text lesen, werden Sie feststellen, dass die von FS Technology bereitgestellte Darstellung des PCB-Prozesses nur 9 Schritte umfasst, während das Flussdiagramm des PCB-Herstellungsprozesses komplizierter ist. Was in dem Flussdiagramm dargestellt ist, ist in der Tat die gesamte Palette der Dienstleistungen, die der Hersteller seinen Kunden anbietet, einschließlich Beschaffungs-, Reparatur- und Zahlungsdienstleistungen.

Oberflächenbeschichtung

Um die Lötbarkeit der Leiterplatte zu erhöhen, beschichten wir sie stromlos mit Gold oder Silber. In diesem Stadium können einige Leiterplatten auch mit Heißluft-Flachpads versehen werden. Das Heißluft-Spachteln führt zu einem gleichmäßigen Pad. Dieser Prozess führt zu einem Oberflächenfinish. FS Technology kann viele Arten von Oberflächenbehandlungen entsprechend den spezifischen Anforderungen der Kunden durchführen.

Elektrischer Test

Als letzte Möglichkeit führen die Techniker elektrische Tests an der Leiterplatte durch. Automatisierte Verfahren bestätigen die Funktionalität der Leiterplatte und ihre Übereinstimmung mit dem ursprünglichen Design. Unter FS TechnologieWir bieten eine fortschrittliche Art des elektrischen Testens an, das so genannte Flying Probe Testing, bei dem die elektrische Leistung der einzelnen Netze auf einer Platine mit beweglichen Prüfspitzen getestet wird.

Dies sind die Antworten auf die Frage "Wie wird eine Leiterplatte Schritt für Schritt hergestellt?". Tatsächlich gibt es bei der professionellen Leiterplattenherstellung aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen der Kunden an die verschiedenen Leiterplattenmaterialien und der unterschiedlichen Anforderungen an den Leiterplattenprozess leichte Lücken im Herstellungsprozess.  FS Technologie wird dieses Thema im PCB Knowledge Blog weiter aktualisieren. Wenn Sie einzigartige Einblicke in die Herstellungsschritte von Leiterplatten haben, können Sie uns natürlich jederzeit eine Nachricht hinterlassen.

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