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Vorstellung der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten: Schritt-für-Schritt-Anleitung

Leiterplatten (PCBs) sind das Rückgrat moderner elektronischer Geräte und sorgen für die notwendigen Verbindungen zwischen Komponenten.

Mehrschichtige Leiterplatten mit ihren mehreren gestapelten Schaltkreisschichten stellen einen bedeutenden Technologiesprung dar und ermöglichen komplexere und kompaktere Geräte.

Die Leiterplattenproduktion beginnt mit einem Designdokument, z. B. einem Gerber, das das beschreibt PCB-Design im Detail. Nach Erhalt der Gerber-Datei des Kunden führen unsere Ingenieure eine Vorprüfung durch, um sicherzustellen, dass der Entwurf den Produktionsanforderungen entspricht.

Dieser Artikel befasst sich mit dem Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten und beleuchtet die komplizierten Schritte, die erforderlich sind, um diese wesentlichen Komponenten zum Leben zu erwecken.

Schritt 1: Substratschneiden

Der erste Schritt bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten ist die Vorbereitung des Substrats. Dieser Prozess beginnt mit dem Schneiden des rohen kupferkaschierten Laminats in Platten einer bestimmten Größe und Form für die Handhabung in der Produktionslinie.

Hinweis: Es gibt zwei Prozesse: Materialschneiden und Kantenschleifen.

Schritt 2: Bildung der inneren Schicht

Der nächste Schritt besteht darin, die innere Schicht der Platine aufzubauen, die einen der wichtigsten Teile des Herstellungsprozesses für mehrschichtige Leiterplatten darstellt. Hier sind die beiden Vorgänge vom Bild der Innenschicht bis zum Ätzvorgang:

Bild der inneren Ebene

Zubereitung: Das kupferkaschierte Laminat, das als Basismaterial für die Innenschichten dient, wird gründlich gereinigt und für den Prozess vorbereitet, um sicherzustellen, dass die Oberfläche frei von Verunreinigungen ist, die die Haftung des Fotolacks beeinträchtigen könnten.

Fotolackanwendung: Eine Schicht Fotolack, ein lichtempfindliches Material, wird gleichmäßig auf die Oberfläche des kupferkaschierten Laminats aufgetragen. Dies kann entweder durch Auflaminieren eines Trockenfilm-Fotolacks auf die Oberfläche oder durch Beschichten der Oberfläche mit einem flüssigen Fotolack erfolgen.

Exposition gegenüber UV-Licht: Das nun mit Fotolack beschichtete Laminat wird ultraviolettem Licht ausgesetzt. Über dem Fotolack wird eine Fotomaske platziert, die das in der Gerber-Datei definierte Schaltkreismuster enthält. Die dem UV-Licht ausgesetzten Bereiche des Fotolacks härten aus, während die unbelichteten Bereiche weich bleiben. Die Fotomaske sorgt dafür, dass das UV-Licht nur den Fotolack im Muster der Schaltung aushärtet.

Entwicklung: Nach der Belichtung wird die Platine in einer chemischen Lösung entwickelt, die den ungehärteten Fotolack entfernt und das darunter liegende Kupfer im Schaltkreismuster freilegt. Der ausgehärtete Fotolack verbleibt auf dem Kupfer, das Teil des Schaltungsdesigns ist, und schützt es während des Ätzvorgangs.

Radierung der inneren Schicht

Radierung

Verwenden Sie eine chemische Lösung, um den nach der Entwicklung freigelegten Kupferanteil wegzuätzen, um das gewünschte Schaltkreismuster zu bilden.

Entfernen Sie die Folie

Tragen Sie zur Vorbereitung der Laminierungsschritte eine alkalische Lösung auf, um die fotopolymerisierte Tinte (blauer Film) vom Schaltkreismuster zu entfernen

Schritt 3: Laminierung

Der Laminiervorgang im Herstellungsprozess für mehrschichtige Leiterplatten besteht aus vier Schritten: Schwarzoxidieren, Vorstapeln, Laminieren und Fräsen. Bei den Schichtstapel- und Laminierverfahren geht es im Allgemeinen darum, die Schichten mithilfe von Hitze und Druck anzuordnen und zu verbinden.

Braunoxidbehandlung

Dieser Schritt ist entscheidend für die Verbesserung der Haftung zwischen den Kupferoberflächen der Innenschichten und dem Prepreg-Material (vorimprägniert). Bei diesem Verfahren wird die Kupferoberfläche chemisch behandelt, um eine mikroaufgeraute Oberfläche zu erzeugen, die die mechanische Verbindung zwischen dem Kupfer und den Prepreg-Schichten verbessert. 

Vorstapeln

Die mehreren inneren Schichten durchlaufen diesen Prozess und werden miteinander laminiert. Das Vorhandensein von Nieten in diesem Prozess ist wichtig, um sicherzustellen, dass die inneren Schichten in den folgenden Schritten nicht verrutschen.

Kaschieren

Der Stapel wird durch Anwendung von hoher Hitze und Druck zu einer festen, einheitlichen Platte verschmolzen, wodurch das Prepreg-Material (PP) fließt und aushärtet und dadurch das Prepreg, die Kupferfolie und die Innenschichten dauerhaft miteinander verbunden werden.

Fräsen

Dies ist die Nachbehandlung im Laminierprozess. Die laminierten Schichten oder die Platte selbst erhalten dann eine bestimmte Form.

Schritt 4: Bohren und Beschichten der Löcher

Bohren

Zum Bohren von Löchern kommen hochpräzise Bohrmaschinen zum Einsatz mehrschichtige Leiterplatte genau, gemäß den Konstruktionsunterlagen. Diese Löcher werden verwendet, um elektrische Verbindungen zwischen den Schichten der Platine und den Komponenten auf der Platine herzustellen.

Nach Abschluss des Bohrvorgangs wird die Platte gereinigt, um während des Bohrvorgangs entstehende Rückstände und Staub zu entfernen und sicherzustellen, dass die Löcher sauber und für den folgenden Galvanisierungsprozess bereit sind.

Überzug

Die Wände der Bohrlöcher werden chemisch behandelt, um die Haftung auf Kupfer zu verbessern. Anschließend wird durch chemische Abscheidung eine dünne Kupferschicht auf den Lochwänden abgeschieden, die als Substrat für die Kupferplattierung dient.

Anschließend wird durch einen Galvanisierungsprozess eine dickere Kupferschicht auf den Lochwänden und auf der Plattenoberfläche abgeschieden, um die elektrische Verbindung zu verstärken und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.

Schritt 5: Bildung der äußeren Schicht

Der nächste Schritt ist der Herstellungsprozess der Außenschicht. Die Bildung der Außenschicht erfolgt ebenfalls auf der Kupferoberfläche, ähnlich wie bei der Innenschicht. In diesem Schritt gibt es drei Prozesse:

Bild der äußeren Schicht

Das äußere Schaltkreismuster wird mit auf die Kupferfolie übertragen Fotolithografie, und die Kupferfolie wird mithilfe eines Fotolithografiefilms strukturiert.

Als nächstes wird das Schaltkreismuster gebildet, indem ein lichtempfindlicher Resist abgedeckt und mit einer Fotomaske und UV-Licht belichtet wird, um das lichtempfindliche Material in einem bestimmten Bereich zu härten.

Abschließend wird ein Entwicklungsprozess durchgeführt, um den ungehärteten Lack zu entfernen und die Kupferoberfläche freizulegen, auf der das Schaltkreismuster gebildet wird.

Musterüberzug

Musterbeschichtung

Die äußere Schicht wird hergestellt, indem durch den Galvanisierungsprozess eine dünne Schicht Schutzmetall (normalerweise Zinn oder eine Blei-Zinn-Legierung) auf das Schaltkreismuster aufgetragen wird, um Oxidation und Korrosion der Kupferbahnen zu verhindern.

Ätzung der äußeren Schicht

Nach der Entwicklung werden der ungehärtete lichtempfindliche Resist und das darunter liegende Kupfer durch die chemische Lösung weggeätzt, so dass nur die Kupferbahnen durch den gehärteten Resist geschützt bleiben, um das gewünschte Schaltkreismuster zu bilden.

Schritt 6: Lötmaske

Als nächstes erfolgt die Herstellung der Lötmaske für eine weitere Abdeckungsebene, um das Kupfer vor Kurzschlüssen zu schützen und die Teile abzudecken, ohne dass sie am Lot haften bleiben.

Die Lotschicht bietet nicht nur einen zusätzlichen Schutz für mehrschichtige Leiterplatten vor Kurzschlüssen und Fehllötungen in nicht gelöteten Bereichen, sondern trägt auch zur allgemeinen Haltbarkeit und Isolierung der Leiterplatte bei.

Hinweis: Grün ist die gebräuchlichste Lötstopplackfarbe, aber die moderne Leiterplattenproduktion ermöglicht verschiedene Farboptionen, darunter Blau, Rot, Gelb, Schwarz und mehr.

Schritt 7: Siebdruckanwendung

Siebdruckanwendung

Siebdruckmaterialien: Wählen Sie geeignete Siebdruckfarben aus, in der Regel haltbare, chemikalienbeständige Farben, um sicherzustellen, dass der gedruckte Inhalt während der gesamten Lebensdauer der Leiterplatte sichtbar bleibt.

Bewerbungsprozess: Drucken Sie Bauteilreferenzbezeichnungen, Polaritätsmarkierungen und andere Details gemäß den Kundenanforderungen mithilfe von Siebdrucktechniken auf die Lötstoppmaske. Je nach Produktionsanforderungen und Losgrößen kann dieser Prozess manuell oder automatisiert erfolgen.

Schritt 8: Oberflächenveredelung

Die Oberflächenbeschaffenheit im Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten gilt als Endbehandlung für das freiliegende Kupfer. Die freiliegenden Bereiche müssen lötbar sein, um sie vor möglichen Kurzschlüssen, Korrosion und Oxidationsproblemen zu schützen. Verschiedene Ausführungen, sowie ENIG, OSP und HASL werden häufig bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten verwendet.

Schritt 9: Der Formprozess

Der Formprozess

Im letzten Schritt werden die Leiterplatten mithilfe von CNC-Maschinen präzise auf die vom Kunden vorgegebene endgültige Größe und Form zugeschnitten. Darüber hinaus können andere Geräte wie Laserschneiden, Stanzen oder V-CUT verwendet werden, um überschüssiges Material zu entfernen, und es werden Kantenbehandlungen durchgeführt, um Grate und scharfe Kanten zu entfernen, um die Sicherheit und Sauberkeit der Bretter zu gewährleisten.

Inspektion und Qualitätskontrolle

Die Durchführung eines umfassenden Qualitätskontrollmanagements ist bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten unerlässlich, von der Überprüfung der Schichtausrichtung bis zur optischen Inspektion. Es sind auch weitere Test- und Inspektionsebenen erforderlich, von Qualitätsinspektionen bis hin zu elektrischen Tests, um sicherzustellen, dass die Designspezifikationen erreicht werden.

1.Inspektionen nach der Herstellung der Innenschicht und der Ätzung

  • Mithilfe einer optischen Reflexion unter dem Automatisierte optische Inspektion (AOI) werden die inneren Schichten einem genauen Scan unterzogen, um Defekte in der Leiterplatte zu überprüfen und festzustellen, ob potenzielle Fehler und Mängel vorliegen.
  • Das Verify Repair System (VRS) ist weiterhin mit dem AOI verbunden, sein Hauptzweck besteht jedoch darin, die Platineninformationen und -daten manuell zu testen, um sicherzustellen, dass das AOI alle Standorte der Mängel und Fehler kennt.

2.Nach dem Herstellungsprozess der Außenschicht

  • Detaillierte Prüfung von Außenschichtdefekten mittels automatisierter optischer Inspektion (AOI).
  • Nutzen Sie das Verify Repair System (VRS) für eine detaillierte Prüfung von Fehlern in der äußeren Schicht.
  • Führen Sie einen elektrischen O/S-Test durch, um mögliche O/S-Defekte zu lokalisieren.
  • Überprüfen Sie die Spezifikationen bei der Messung der Kupferdicke und der Breite der Außenschichtlinie noch einmal.
  • Starten Sie den Impedanztest, um fehlerhafte Schaltkreise ordnungsgemäß zu überprüfen.

3.Prüfung der fertig geformten Leiterplatte

  • Führen Sie elektrische Tests durch, z Flying-Probe-Tests, um die Leiterplattenkonnektivität sicherzustellen und mögliche Fehler zu identifizieren.

Zusammenfassung

Die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten erfordert eine sorgfältige Handhabung und präzise Steuerung, von der Strukturierung der Innenschicht über die Bearbeitung der Außenschicht bis hin zum endgültigen Schneiden und Formen.

Jeder Schritt ist darauf ausgelegt, die Leistung, Zuverlässigkeit und Konformität der Platine mit den Designspezifikationen sicherzustellen, einschließlich Musterübertragung, Ätzen, Laminieren, Bohren, Plattieren, Auftragen einer Pad-Lötmaske, Siebdruck und Formen der endgültigen Form.

Bei einer ein- oder zweischichtigen Leiterplatte werden einige Schritte übersprungen, während eine komplexe mehrschichtige Leiterplatte bis zu zwanzig oder mehr Schritte umfassen kann. Wenn Sie Fragen haben oder diskutieren möchten, wenden Sie sich bitte an uns Kontakt aufnehmen mit Venture Electronics.

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