Zu wissen, wie eine unbestückte Platine entsteht, erklärt die meisten Entwurfsregeln, die Sie erhalten. Eine minimale Leiterbahnbreite, eine minimale Bohrungsgröße und ein minimaler Kupferring um eine Bohrung sind nicht willkürlich: jeder kommt aus einem Schritt unten. Die beschriebene Reihenfolge gilt für eine typische mehrlagige Platine mit durchkontaktierten Bohrungen; Prozesse unterscheiden sich im Detail zwischen Werken.
1. Technische Vorbereitung
Bevor etwas geschnitten wird, lesen die Ingenieure des Werks Ihre Dateien, prüfen sie gegen den Prozess und bereiten Produktionsdaten vor. Sie passen Ihre Platine auf einen größeren Fertigungsnutzen, fügen Testcoupons und Fiducials am Rand des Nutzens hinzu und passen Merkmale für den Prozess an: zum Beispiel machen sie Kupfer etwas breiter, um auszugleichen, was das Ätzen entfernt. Fragen, die Sie an diesem Punkt erhalten, betreffen die Dateien.
Was schiefgehen kann: eine fehlende Lage, eine falsche Kontur oder Merkmale, die der Prozess nicht machen kann. Hier gefangene Fehler kosten nichts.
2. Schneiden des Laminats
Kupferkaschiertes Laminat kommt in großen Platten. Es wird in Nutzen der Arbeitsgröße geschnitten. Für eine mehrlagige Platine werden auch die dünnen Innenkerne geschnitten.
3. Innenlagen: Belichten und Ätzen (nur mehrlagig)
Das Kupfer auf einem Innenkern wird mit einem lichtempfindlichen Film (Fotolack) bedeckt. Ein Muster Ihrer Lage wird auf den Film belichtet, entweder durch eine Filmmaske oder durch Direktbelichtung mit einem Laser. Der unbelichtete oder der belichtete Film (je nach Filmtyp) wird weggewaschen und lässt Kupfer unbedeckt, wo es entfernt werden muss. Der Nutzen geht durch ein Ätzbad, das das freiliegende Kupfer auflöst. Der übrige Film wird abgestreift, und was bleibt, ist das Kupfermuster.
Was schiefgehen kann: Seitliches Ätzen unter den Film macht Leiterbahnen schmaler als gezeichnet (Unterätzung), und sehr dünne Abstände können nicht frei werden. Darum gibt es die minimale Leiterbahn und den minimalen Abstand.
4. Inspektion der Innenlagen
Eine automatisierte optische Inspektion (AOI) vergleicht jede Innenlage mit Ihren Daten. Hier gefundene Kurzschlüsse und Unterbrechungen werden verschrottet oder repariert. Nach der Laminierung sind sie nicht mehr zu sehen.
5. Laminierung
Die Kerne werden behandelt, damit Harz am Kupfer haftet, dann mit Lagen von Prepreg (teilausgehärtetes Glasgewebe) dazwischen und Kupferfolie außen gestapelt. Der Stapel geht in eine beheizte Presse, die das Harz schmilzt und es unter Druck zu einem festen Nutzen aushärtet.
Was schiefgehen kann: gegeneinander verschobene Lagen (Registrierungsfehler), Hohlräume im Harz oder Wölbung und Verdrehung durch einen unsymmetrischen Aufbau. Darum ist ein symmetrischer Lagenaufbau gute Praxis.
Schritte 1 bis 5 als kleine Bilder.
- Schritt 1, technische Vorbereitung: Ihre Platine auf einen Fertigungsnutzen gepasst, mit Fiducials und einem Testcoupon.
- Schritt 2, Schneiden: das Laminat auf die Arbeitsgröße geschnitten.
- Schritt 3, Innenlagen: Licht durch den Film härtet den Lack; Ätzen entfernt das nicht bedeckte Kupfer.
- Schritt 4, Inspektion der Innenlagen: eine Kamera vergleicht jede Lage mit Ihren Daten.
- Schritt 5, Laminierung: Kerne und Prepreg zu einem Nutzen gepresst.
6. Bohren
Bohrungen werden mit einem rotierenden Hartmetallbohrer durch den Nutzen gebohrt, unter Verwendung einer Bohrdatei. Sehr kleine Bohrungen werden mit kleinen Bohrern gebohrt, die leicht brechen und einen Nutzen nach dem anderen oder in dünnen Stapeln gebohrt werden, sodass kleine Bohrungen mehr kosten. Einige sehr kleine Bohrungen werden stattdessen mit Laser gemacht.
Was schiefgehen kann: Bohrerverlauf, sodass Bohrungen außermittig sind und der Kupferring um eine Bohrung (der Restring) zu dünn wird oder an einer Seite aufbricht. Eine Bohrung, deren Tiefe ein Vielfaches ihres Durchmessers ist (ein hohes Aspektverhältnis), ist im nächsten Schritt schwer zu beschichten.
7. Reinigen der Bohrungen und Leitendmachen
Die gebohrten Bohrungswände sind mit Harz verschmiert und haben kein Kupfer. Ein chemischer Schritt reinigt den Schmier heraus. Dann wird eine dünne Kupferschicht auf den ganzen Nutzen, auch in den Bohrungen, durch einen chemischen Prozess ohne Strom abgeschieden (stromloses Kupfer).
8. Kupfer beschichten
Der Nutzen wird galvanisch beschichtet, um Kupfer auf die dünne chemische Schicht aufzubauen, sodass die Bohrungswände einen robusten Kupfermantel tragen. Dieser Schritt macht die durchkontaktierte Bohrung zu einer Verbindung zwischen Lagen und verdickt auch das Oberflächenkupfer.
Was schiefgehen kann: Hohlräume im Mantel oder dünne Beschichtung in tiefen Bohrungen. Diese zeigen sich als intermittierende Verbindungen nach thermischer Zyklierung.
9. Außenlagen: Belichten und Ätzen
Die Außenlagen werden mit Fotolack wie die Innenlagen belichtet. Das übliche Verfahren ist Musterbeschichtung: der Lack lässt Leiterbahnen und Pads offen, diese Bereiche werden mit Kupfer und dann mit einer dünnen Zinnschicht beschichtet, die als Ätzschutz wirkt. Dann wird der Lack abgestreift und das nicht von Zinn bedeckte Kupfer weggeätzt, dann das Zinn entfernt. (Ein anderes Verfahren, Zelt- und Ätzverfahren, schützt die Leiterbahnen mit Lack und ätzt den Rest.)
10. Lötstopplack
Der Nutzen wird mit Lack beschichtet, der durch Ihre Maskenlage belichtet, entwickelt und ausgehärtet wird. Siehe Lötstopplack, Bestückungsdruck und Via-Behandlung.
Was schiefgehen kann: Lack auf Pads durch Fehlregistrierung, verlorene Stege zwischen feinen Pads, Tinte in Bohrungen, die offen bleiben sollten.
Schritte 6 bis 10.
- Schritt 6, Bohren: ein Bohrer bohrt durch den Nutzen.
- Schritt 7, Reinigen und eine dünne Kupferschicht über den ganzen Nutzen, Bohrungswände eingeschlossen.
- Schritt 8, Beschichten: Kupfer wird zu einem robusten Mantel und auf die Oberfläche aufgebaut.
- Schritt 9, Außenlagen: die Leiterbahnen sind als Ätzschutz verzinnt, und das andere Kupfer wird weggeätzt.
- Schritt 10, Lötstopplack: über den Leiterbahnen, offen an den Pads.
11. Endoberfläche
Das freiliegende Kupfer erhält seine Endoberfläche: Heißluft-Löt-Nivellierung, Immersionsgold über Nickel, ein organischer Film und so weiter. Siehe Endoberflächen verglichen.
12. Bestückungsdruck
Der Bestückungsdruck wird über die Maske gedruckt und ausgehärtet. Tinte auf Pads ist ein Defekt.
13. Profilieren: Fräsen und Ritzen
Der Nutzen wird in Platinen geschnitten. Ein Fräser folgt Ihrer Kontur und hinterlässt kleine Stege, wenn die Platinen in einem Nutzen bleiben. Alternativ wird eine V-förmige Nut von beiden Seiten halb durchgeschnitten (V-Ritzen), sodass Platinen auseinandergebrochen werden können. Schlitze, Ausschnitte und Randmetallisierung geschehen hier ebenfalls. Siehe Nutzenbildung und kleine Platinen.
Was schiefgehen kann: Fräsen zu nah am Kupfer, sodass es am Rand freiliegt.
14. Elektrischer Test
Jede Platine wird auf Durchgang und Isolierung gegen die aus Ihren Dateien gebaute Netzliste getestet. Zwei Verfahren werden verwendet: ein Flying-Probe-Tester mit beweglichen Sonden, der keine Vorrichtung braucht und zu Prototypen und kleinen Läufen passt; und eine Vorrichtung mit vielen festen Stiften (ein Nagelbett), die für größere Läufe schneller ist und mehr Einrichtung kostet. Der Test findet Unterbrechungen und Kurzschlüsse. Er findet keinen Entwurfsfehler: er testet, dass die Platine zu Ihren Dateien passt, nicht dass Ihre Dateien zu Ihrer Schaltung passen.
15. Endinspektion und Verpackung
Platinen werden visuell inspiziert, auf Dicke und Größe gemessen und gegen die Bestellung geprüft. Einige Werke schneiden Mikroschliffe aus Testcoupons, um die Beschichtung und die Lagen zu prüfen. Die Platinen werden bei Bedarf gebacken, mit Trockenmittel vakuumverpackt und verpackt.
Schritte 11 bis 15.
- Schritt 11, Endoberfläche auf dem freiliegenden Kupfer.
- Schritt 12, Bestückungsdruck über die Maske gedruckt.
- Schritt 13, Profilieren: der Fräser folgt der Kontur und hinterlässt Stege, oder eine Nut wird zwischen Platinen geschnitten.
- Schritt 14, elektrischer Test: Sonden berühren Pads und prüfen auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse.
- Schritt 15, Endinspektion und Verpackung.
Was Sie daraus mitnehmen können
- Feine Merkmale verringern die Ausbeute beim Belichten und Ätzen, sodass sie mehr kosten.
- Kleine Bohrungen, tiefe Bohrungen und dünne Ringe sind Risiken beim Bohren und Beschichten.
- Lagen müssen ausgewogen und registriert sein, sonst verzieht sich die Platine.
- Eine Platine, die den elektrischen Test besteht, ist wie gezeichnet gebaut. Ob die Zeichnung richtig ist, müssen Sie prüfen.
Wie dies beim Bestellen hier erscheint
Die 25 Prüfungen beim Hochladen betrachten dieselben Dinge, die der Fertigungsingenieur in Schritt 1 betrachtet: fehlende Lagen, eine offene Kontur, Bohrungen, die ihre Pads verfehlen, Merkmale unter dem, was der Prozess macht, und die Übereinstimmung zwischen den Dateien und dem, was Sie bestellt haben. Die Grenzwerte stehen auf der Seite zu den Fertigungsmöglichkeiten. Ein Ingenieur bestätigt jede Bestellung, bevor die Produktion beginnt. Um zu verfolgen, was mit der fertigen unbestückten Platine geschieht, lesen Sie Wie Platinen bestückt werden.