Eine Leiterplatte (PCB) ist die Platine der meisten modernen elektronischen Geräte, die über Leitungen und Pads verfügt, die die verschiedenen Punkte miteinander verbinden. Auch wenn es sich um ein kleines Brett handelt, ist sein Herstellungsprozess sehr kompliziert und heikel. Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Einführung in den Herstellungsprozess von Leiterplatten mit Bildern und Videos.
Schritt 1. PCB CAD-Datei
Der erste Schritt bei der Leiterplattenproduktion besteht darin, das Leiterplattenlayout zu organisieren und zu überprüfen. Leiterplattenhersteller nehmen CAD-Dateien von PCB-Designfirmen und konvertieren sie in ein einheitliches Format - Extended Gerber RS-274X oder Gerber X2, da jede CAD-Software ihr eigenes einzigartiges Dateiformat hat. Der Elektroniker prüft dann, ob das Leiterplattenlayout dem Herstellungsprozess entspricht, ob es Fehler gibt usw.
Bei der Herstellung von Leiterplatten zu Hause kann das Leiterplattenlayout mit einem Laserdrucker auf Papier gedruckt und dann auf ein kupferkaschiertes Laminat übertragen werden. Da der Drucker während des Druckvorgangs anfällig für Tintenmangel und Haltepunkte ist, ist es notwendig, die Tinte manuell mit einem Stift auf Ölbasis aufzufüllen.
Fabriken verwenden jedoch in der Regel Fotokopien, um das PCB-Layout auf Film zu drucken. Wenn es sich um eine mehrschichtige Leiterplatte handelt, wird die bedruckte Layoutfolie jeder Schicht in der richtigen Reihenfolge angeordnet.
Anschließend werden Ausrichtungslöcher in die Folie gestanzt. Das Ausrichten der Löcher ist sehr wichtig, und es ist wichtig, die Schichten des Leiterplattenmaterials auszurichten.
Schritt 2. Herstellung von Platten
Reinigen Sie die Kupferplatte. Wenn Staub vorhanden ist, kann dies zu einem Kurzschluss oder einer Unterbrechung im Endkreis führen.
Das Bild unten ist ein Beispiel für eine 8-lagige Leiterplatte, die eigentlich aus 3 kupferkaschierten Laminaten plus 2 Kupferfolien besteht, die dann mit Prepreg miteinander verbunden werden. Der Produktionsablauf beginnt mit den Zwischenplatinen (Schaltkreise der Schichten 4 und 5), die nacheinander gestapelt und dann fixiert werden. Die Herstellung von 4-Lagen-Leiterplatten ist ähnlich, einschließlich einer Kernplatine und zwei Kupferfolien.
Schritt 3. PCB-Innenschichten
Stellen Sie zuerst die zweischichtige Schaltung der mittleren Kernplatine her. Nach der Reinigung des CCL wird die Oberfläche mit einer lichtempfindlichen Folie bedeckt. Die Folie wird durch Licht ausgehärtet, um einen Schutzfilm auf der Kupferfolie zu bilden.
Legen Sie die zweilagige PCB-Trace-Folie und das doppellagige kupferkaschierte Laminat in die obere PCB-Trace-Folie ein, um ein genaues Stapeln der oberen und unteren PCB-Trace-Folien zu gewährleisten.
Die Maschine bestrahlt die lichtempfindliche Folie auf der Kupferfolie mit einer UV-Lampe. Der klare Film wird im Licht ausgehärtet und es gibt immer noch keinen ausgehärteten lichtempfindlichen Film. Die Kupferfolie, die unter der ausgehärteten Folie bedeckt ist, wird für das PCB-Layout benötigt, was der Rolle von Laserdruckertinte für manuelle Leiterplatten entspricht. Darüber hinaus wird die mit der schwarzen Folie bedeckte Kupferfolie korrodiert und die ausgehärtete transparente Folie bleibt erhalten.
Spülen Sie den nicht ausgehärteten lichtempfindlichen Film mit Lauge ab, der ausgehärtete Film bedeckt den gewünschten Kupferfolienkreislauf.
Verwenden Sie dann eine starke Unterlage, wie z. B. NaOH, um die unerwünschte Kupferfolie wegzuätzen.
Ziehen Sie die ausgehärtete lichtempfindliche Folie ab, um die Kupferfolie für das gewünschte PCB-Layout freizulegen.
Schritt 4. Verpflegung und Prüfung
Die Trägerplatte wurde erfolgreich produziert. Stanzen Sie dann Ausrichtungslöcher hinein, um den Zugang zu anderen Materialien zu erleichtern.
Sobald die Trägerplatte mit anderen laminiert ist, kann sie nicht mehr verändert werden. Daher ist die PCB-Inspektion sehr wichtig. Die Maschine vergleicht automatisch mit dem PCB-Layout, um Fehler zu finden.
Die ersten beiden Schichten der Leiterplatten wurden hergestellt.
Schritt 5. Schichtung
Hier wird ein neuer Rohstoff namens Prepreg eingeführt, der ein Klebstoff zwischen der Kernplatine (PCB-Schichten > 4) und zwischen der Kernplatine und der äußeren Kupferfolie ist und gleichzeitig als Isolierung dient.
Die untere Kupferfolie und zwei Schichten Prepreg wurden durch das Verdrahtungsloch und die untere Eisenplatte vorfixiert, und dann wird auch die fertige Kernplatine in das Verdrahtungsloch gelegt, und schließlich zwei Schichten Prepreg, eine Schicht Kupferfolie und eine Schicht Lager Gepresste Aluminiumplatte bedeckt die Kernplatte.
Um die Arbeitseffizienz zu verbessern, stapelt die Fabrik drei verschiedene Leiterplatten zusammen, bevor sie befestigt werden. Die obere Eisenplatte wird magnetisch angezogen, um eine einfache Ausrichtung mit der unteren Eisenplatte zu ermöglichen. Nachdem die beiden Schichten der Eisenplatten durch Einsetzen der Positionierstifte erfolgreich ausgerichtet wurden, drückt die Maschine den Raum zwischen den Eisenplatten so weit wie möglich zusammen und fixiert sie dann mit Nägeln.
Die von der Eisenplatte eingespannte Leiterplatte wird auf den Halter gelegt und dann zur Laminierung an die Vakuum-Heißpresse geschickt. Durch die hohe Temperatur schmilzt das Epoxidharz im Prepreg und hält den Kern und die Kupferfolie unter Druck zusammen.
Entfernen Sie nach dem Verkleben die obere Eisenplatte, die auf die Leiterplatte drückt. Entfernen Sie dann die druckgelagerte Aluminiumplatte. Die Aluminiumplatte spielt auch die Aufgabe, verschiedene Leiterplatten zu isolieren, um die Ebenheit der Kupferfolie auf der äußeren Schicht der Leiterplatte sicherzustellen. Zum Schluss wird die zu diesem Zeitpunkt entnommene Leiterplatte mit einer glatten Kupferfolie bedeckt.
Schritt 6. Bohren Sie die Löcher
Wie verbindet man also die 4 Schichten Kupferfolien in der Leiterplatte, die nicht miteinander in Kontakt stehen? Zuerst werden Durchgangslöcher in die Leiterplatte gebohrt, dann werden die Wände der Löcher metallisiert, um Strom zu leiten.
Legen Sie eine Schicht Aluminium auf den Locher und legen Sie die Leiterplatte darauf. Da das Bohren ein relativ langsamer Prozess ist, werden zur Verbesserung der Effizienz je nach Anzahl der Schichten der Leiterplatte 1 bis 3 identische Platinen übereinander gestapelt, um Löcher zu bohren. Decken Sie zum Schluss die oberste Leiterplatte mit einer Schicht Aluminium ab. Die obere und untere Aluminiumplatte dienen dazu, zu verhindern, dass die Kupferfolie auf der Leiterplatte beim Bohren reißt.
Als nächstes müssen Sie nur noch das richtige Bohrprogramm am Computer auswählen, den Rest erledigt die Bohrmaschine automatisch. Der Bohrer wird durch Luftdruck angetrieben und die maximale Drehzahl kann 150.000 U/min erreichen. Denn eine so hohe Drehzahl reicht aus, um die Ebenheit der Lochwand zu gewährleisten.
Auch der Austausch des Bohrers erfolgt automatisch durch die Maschine gemäß dem Programm. Die kleinsten Bohrer können einen Durchmesser von 100 Mikrometern erreichen, während der Durchmesser eines menschlichen Haares 150 Mikrometer beträgt.
Im vorherigen Verfahren wurde geschmolzenes Epoxidharz aus der Leiterplatte extrudiert, so dass es abgeschnitten werden musste. Dabei schneidet die Kopierfräse den Umfang der Leiterplatte entsprechend ihrer korrekten XY-Koordinaten ab.
Schritt 7. Chemische Kupferfällung auf Bohrlöchern
Da fast alle Leiterplattendesigns Durchgangslöcher verwenden, um Leitungen auf verschiedenen Schichten zu verbinden, erfordert eine gute Verbindung einen 25-Mikron-Kupferfilm an den Wänden der Löcher. Die Dicke des Kupferfilms muss durch Galvanisieren erreicht werden, aber die Wände der Löcher bestehen aus nicht leitendem Epoxidharz und Glasfaserplatten. Der erste Schritt besteht also darin, eine Schicht aus leitfähigem Material auf die Wand des Lochs aufzutragen, um durch chemische Abscheidung einen 1-Mikron-Kupferfilm auf der gesamten Leiterplattenoberfläche zu bilden. Der gesamte Prozess der chemischen Behandlung, Reinigung usw. wird von der Maschine gesteuert.
Übertragen Sie als Nächstes die äußere Schicht der Leiterplatte auf die Kupferfolie. Der Prozess ähnelt dem Übertragungsprinzip der bisherigen Leiterplatten-Innenkernplatine. Das Leiterplattenlayout wird mittels Fotodruckfolie und lichtempfindlicher Folie auf die Kupferfolie übertragen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die positiven Ergebnisse als Boards verwendet werden.
Bei der oben beschriebenen Übertragung des internen Leiterplattenlayouts erfolgt die Subtraktion, wobei das Negative als Platine dient. Die Leiterplatte wird mit dem ausgehärteten lichtempfindlichen Film als Schaltung bedeckt und der nicht ausgehärtete Film wird gereinigt. Nachdem die freiliegende Kupferfolie geätzt wurde, wird die PCB-Layout-Schaltung durch die ausgehärtete Folie geschützt. Die Übertragung des PCB-Layouts der äußeren Schicht erfolgt nach der normalen Methode, und der positive Film ist die Platine. Der Nicht-Schaltungsbereich wird von einer lichtempfindlichen Folie abgedeckt, die auf der Leiterplatte ausgehärtet ist. Nach der Reinigung des nicht ausgehärteten Films wird eine Galvanik durchgeführt. Stellen mit Folien können nicht galvanisiert werden, und Stellen ohne Folien werden mit Kupfer beschichtet und dann verzinnt. Nachdem die Folie entfernt wurde, wird eine alkalische Ätzung durchgeführt und das Zinn schließlich entfernt.
Legen Sie die gereinigte Leiterplatte auf beiden Seiten der Kupferfolie in das Laminiergerät und drücken Sie die lichtempfindliche Form auf die Kupferfolie.
Die bedruckten oberen und unteren PCB-Layoutfolien werden durch die Löcher fixiert, und die Leiterplatte wird in die Mitte gelegt. Dann wird die lichtempfindliche Folie unter der lichtdurchlässigen Folie durch die Bestrahlung der UV-Lampe ausgehärtet, die der Schaltkreis ist, der reserviert werden muss.
Überprüfen Sie nach der Reinigung des unerwünschten und nicht ausgehärteten lichtempfindlichen Films die Leiterplatte.
Die Leiterplatte wird mit Clips geklemmt und verkupfert. Wie bereits erwähnt, muss die Kupferfolie, die an der Lochwand plattiert ist, eine Dicke von 25 Mikrometern haben, um eine ausreichende Leitfähigkeit des Lochs zu gewährleisten, sodass das gesamte System automatisch vom Computer gesteuert wird, um seine Genauigkeit zu gewährleisten.
Nachdem der Kupferfilm galvanisiert wurde, gibt der Computer Anweisungen, eine dünne Schicht Zinn zu galvanisieren. Überprüfen Sie dann, ob die Kupfer- und Verzinnung die richtige Dicke hat.
Anschließend schließt eine komplett automatisierte Montagelinie den Ätzprozess ab. Reinigen Sie dann die ausgehärtete lichtempfindliche Folie auf der Leiterplatte.
Verwenden Sie dann ein starkes Alkali, um die unerwünschte Kupferfolie, die sie bedeckt, zu reinigen.
Zum Schluss ziehen Sie die verzinnte Schicht auf der Kupferfolie des Leiterplattenlayouts mit Zinnabstreifflüssigkeit ab. Nach der Reinigung ist das 4-lagige Leiterplattenlayout fertig.
