Eine Leiterplatte (PCB) ist die Platine der meisten modernen elektronischen Geräte, die Leitungen und Pads besitzt, die die verschiedenen Punkte miteinander verbinden. Selbst wenn es sich um ein kleines Board handelt, ist der Herstellungsprozess sehr kompliziert und heikel. Hier folgt eine Schritt-für-Schritt-Einführung in den Leiterplattenherstellungsprozess mit Bildern und Videos.
Schritt 1. PCB-CAD-Datei
Der erste Schritt bei der PCB-Produktion ist die Organisation und Überprüfung des PCB-Layouts. PCB-Hersteller nehmen CAD-Dateien von PCB-Designfirmen und wandeln sie in ein einheitliches Format um – Extended Gerber RS-274X oder Gerber X2, da jede CAD-Software ihr eigenes einzigartiges Dateiformat hat. Der Elektronikingenieur prüft dann, ob das PCB-Layout dem Fertigungsprozess entspricht, ob Fehler vorliegen usw.
Bei der Herstellung von PCBs zu Hause kann das PCB-Layout mit einem Laserdrucker auf Papier gedruckt und dann auf ein kupferbeschichtetes Laminat übertragen werden. Während des Druckvorgangs, da der Drucker zu Tintenmangel und Bruchpunkten neigt, ist es notwendig, die Farbe manuell mit einem ölbasierten Stift aufzufüllen.
Fabriken verwenden jedoch typischerweise Fotokopierung, um das PCB-Layout auf Film zu drucken. Handelt es sich um eine mehrschichtige Leiterplatte, wird der gedruckte Layoutfilm jeder Schicht in der Reihenfolge angeordnet.
Dann werden Ausrichtungslöcher in den Film gestanzt. Die Ausrichtung der Löcher ist sehr wichtig, und es ist unerlässlich, die Schichten des PCB-Materials auszurichten.
Schritt 2. Plattenherstellung
Reinigen Sie die Kupferplatte. Wenn Staub vorhanden ist, kann dies einen Kurzschluss oder einen offenen Stromkreis im Endkreis verursachen.
Das untenstehende Bild zeigt ein Beispiel für eine 8-Schicht-Leiterplatte, die tatsächlich aus 3 kupferbeschichteten Laminaten plus 2 Kupferfolien besteht, die dann mit Preg zusammengebunden werden. Die Produktionssequenz beginnt mit den Zwischenplatinen (Schicht 4 und 5), die nacheinander gestapelt und dann festgesetzt werden. Die Produktion von 4-Schicht-Leiterplatten ist ähnlich, einschließlich einer Kernplatine und zwei Kupferfolien.
Schritt 3. PCB-Innenschichten
Zuerst baue die zweischichtige Schaltung der mittleren Kernplatine. Nach der Reinigung des CCL wird die Oberfläche mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckt. Die Folie wird durch Licht ausgehärtet, um eine Schutzfolie auf der Kupferfolie zu bilden.
Führen Sie die zweischichtige PCB-Leiterfolie und das doppelschichtige kupferbeschichtete Laminat in die obere PCB-Leiterfolie ein, um eine genaue Stapelung der oberen und unteren PCB-Spurfilme sicherzustellen.
Die Maschine bestrahlt die lichtempfindliche Folie auf der Kupferfolie mit einer UV-Lampe. Die klare Schicht 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 Laserdrucker-Tinte für manuelle Leiterplatten entspricht. Außerdem wird die von der schwarze Folie bedeckte Kupferfolie korrodiert und die ausgehärtete transparente Folie bleibt erhalten.
Spülen Sie die unausgehärtete lichtempfindliche Folie mit Lauge, die ausgehärtete Folie bedeckt den gewünschten Kupferfolienkreis.
Dann verwenden Sie eine starke Basis wie NaOH, um unerwünschte Kupferfolie abzugravieren.
Ziehe den ausgehärteten lichtempfindlichen Film ab, um die Kupferfolie für das gewünschte PCB-Layout freizulegen.
Schritt 4. Board and Check
Die Kernplatine wurde erfolgreich produziert. Dann stanzt man Löcher hinein, um leicht an andere Materialien zu gelangen.
Sobald die Kernplatine mit anderen laminiert ist, kann sie nicht mehr modifiziert werden. Die PCB-Inspektion ist daher sehr wichtig. Die Maschine vergleicht automatisch mit dem PCB-Layout, um Fehler zu finden.
Die ersten beiden Schichten der Leiterplatten wurden gefertigt.
Schritt 5. Laminierung
Hier wird ein neues Rohmaterial namens Prepreg eingeführt, das ein Klebstoff zwischen der Kernplatine (PCB-Schichten > 4) und zwischen der Kernplatte und der äußeren Kupferfolie ist und auch als Isolierung dient.
Die untere Kupferfolie und zwei Schichten Preg-Folie wurden durch das Kabelloch und die untere Eisenplatte vorgefertigt, dann wird auch die fertige Kernplatte in das Leitungsloch gelegt, und schließlich bedecken zwei Lagen Prepreg, eine Schicht Kupferfolie und eine Schicht Lager-Pressaluminiumplatte die Kernplatte.
Um die Arbeitseffizienz zu verbessern, stapelt die Fabrik drei verschiedene Leiterplatten zusammen, bevor sie repariert werden. Die obere Eisenplatte wird magnetisch angezogen, um eine einfache Ausrichtung mit der unteren Eisenplatte zu ermöglichen. Nachdem die beiden Lagen Eisenplatten durch das Einsetzen der Positionierstifte erfolgreich ausgerichtet wurden, komprimiert die Maschine den Raum zwischen den Eisenplatten so weit wie möglich und fixiert sie dann mit Nägeln.
Die von der Eisenplatte geklemmte Platine wird auf den Halter gelegt und dann zur Laminierung an die Vakuum-Wärmepresse geschickt. Die hohe Temperatur schmilzt das Epoxidharz im Preg und hält den Kern und die Kupferfolie unter Druck zusammen.
Nach dem Verbinden entferne die obere Eisenplatte und presse die Leiterplatte. Dann entferne die drucktragende Aluminiumplatte. Die Aluminiumplatte hat außerdem die Rolle, verschiedene Leiterplatten zu isolieren, um die Flachheit der Kupferfolie auf der äußeren Schicht der Leiterplatte sicherzustellen. Schließlich wird die zu diesem Zeitpunkt herausgenommene Leiterplatte mit einer glatten Kupferfolie überzogen.
Schritt 6. Bohren Sie die Löcher
Wie verbindet man also die vier Lagen Kupferfolien auf der Platine, die keinen Kontakt miteinander haben? Zuerst werden Durchgangslöcher in die Platine gemacht, dann werden die Wände der Löcher metallisiert, um Strom zu leiten.
Lege eine Aluminiumschicht auf den Stanzen und lege die Leiterplatte darauf. Da das Bohren ein relativ langsamer Prozess ist, werden zur Effizienzsteigerung je nach Anzahl der Schichten der Leiterplatte 1 bis 3 identische Platinen übereinander gestapelt, um Löcher zu bohren. Schließlich decken Sie die oberste Leiterplatte mit einer Aluminiumschicht ab. Die oberen und unteren Aluminiumplatten werden verwendet, um zu verhindern, dass die Kupferfolie auf der Platine beim Bohren reißt.
Als Nächstes musst du nur noch das richtige Bohrprogramm am Computer auswählen, der Rest erledigt die Bohrmaschine automatisch. Der Bohrer wird durch Luftdruck angetrieben, und die maximale Drehzahl kann bis zu 150.000 U/min erreichen. Denn eine so hohe Geschwindigkeit reicht aus, um die Ebenenheit der Lochwand zu gewährleisten.
Der Austausch des Bohrers erfolgt ebenfalls automatisch von der 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, sodass es abgeschnitten werden musste. Hier schneidet die Kopierfräsmaschine den Rand der Leiterplatte entsprechend den korrekten XY-Koordinaten.
Schritt 7. Kupferchemische Niederschlagung auf Löchern
Da fast alle PCB-Designs Durchgangslöcher verwenden, um Leitungen auf verschiedenen Schichten zu verbinden, erfordert eine gute Verbindung eine 25-Mikron-Kupferfolie an den Wänden der Löcher. Die Dicke der Kupferfolie muss durch Galvanisierung erreicht werden, aber die Wände der Löcher bestehen aus nichtleitendem Epoxidharz und Glasfaserplatten. Der erste Schritt besteht also darin, eine Schicht leitfähigen Materials an der Wand des Lochs aufzubringen, um durch chemische Abscheidung eine 1-Mikron-Kupferschicht auf der gesamten PCB-Oberfläche zu bilden. Der gesamte Prozess der chemischen Behandlung, Reinigung usw. wird von der Maschine gesteuert.
Als Nächstes wird die äußere Schicht der Leiterplatte auf die Kupferfolie übertragen. Der Prozess ähnelt dem Übertragungsprinzip der vorherigen Innenkernplatine der Leiterplatte. Das PCB-Layout wird mittels Fotodruckfilm und lichtempfindlichem Film auf die Kupferfolie übertragen. Der einzige Unterschied ist, dass die positiven Platten als Bretter verwendet werden.
Die Übertragung des oben beschriebenen internen Leiterplattenlayouts verwendet Subtraktion, wobei das Negative die Platine ist. Die Leiterplatte wird als Schaltung von der ausgehärteten, lichtempfindlichen Folie bedeckt, und die ungehärtete Folie wird gereinigt. Nachdem die freiliegende Kupferfolie gegravert wurde, wird die PCB-Layout-Schaltung durch die ausgehärtete Folie geschützt. Die Übertragung des äußeren Leiterplattenlayouts erfolgt nach der normalen Methode, und der positive Film ist die Platine. Der Nicht-Schaltungsbereich wird von einer lichtempfindlichen Folie bedeckt, die auf der Leiterplatte ausgehärtet ist. Nach der Reinigung des nicht ausgehärteten Films wird die Galvanisierung durchgeführt. Stellen mit Filmen können nicht galvanisiert werden, und Orte ohne Filme werden mit Kupfer beschichtet und anschließend verzinnt. Nach dem Entfernen der Folie wird eine alkalische Gravur durchgeführt und das Zinn schließlich entfernt.
Lege die gereinigte Platine auf beiden Seiten der Kupferfolie in den Laminator und drücke die lichtempfindliche Form auf die Kupferfolie.
Die gedruckten oberen und unteren PCB-Layout-Filme werden durch die Löcher fixiert, und die Platine wird in der Mitte platziert. Anschließend wird der lichtempfindliche Film unter der lichtdurchlassenden Folie durch die UV-Lampe ausgehärtet, die der Schaltkreis ist, der reserviert werden muss.
Nachdem Sie den unerwünschten und nicht ausgehärteten lichtempfindlichen Film gereinigt haben, inspizieren Sie die Platine.
Die Leiterplatte ist mit Clips abgeklemmt und mit Kupferplatten versehen. Wie bereits erwähnt, muss die an der Lochwand beschichtete Kupferfolie 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 zur galvanisierten Schicht Zinn. Überprüfe dann, ob die Kupfer- und Zinnbeschichtung die richtige Dicke hat.
Anschließend wird der Ätzprozess durch eine vollständig automatisierte Fließband abgeschlossen. Dann reinige ich den ausgehärteten, lichtempfindlichen Film auf der Platine.
Dann verwenden Sie eine starke Alkali, um die unerwünschte Kupferfolie zu reinigen, die sie bedeckt.
Abziehen Sie schließlich die verzinnte Schicht auf der Kupferfolie des PCB-Layouts mit Zinnabziehflüssigkeit. Nach der Reinigung ist das 4-schichtige PCB-Layout abgeschlossen.
