Herstellungsverfahren für Leiterplatten: Produktionstechnologie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

In der Instrumentierung und Elektronik im Allgemeinen spielen Leiterplatten als Träger elektrischer Verbindungen eine entscheidende Rolle. Von dieser Funktion hängt die Qualität des Gerätes und seine Grundleistung ab. Moderne Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten orientieren sich an der Möglichkeit einer zuverlässigen Integration der Elementbasis mit hoher Layoutdichte, was die Leistung der hergestellten Geräte erhöht.

PCB-Übersicht

Wir sprechen von Produkten, die auf einer flachen isolierenden Basis basieren, deren Design Rillen, Löcher, Ausschnitte und Leiterbahnen aufweist. Letztere dienen zum Sch alten von elektrischen Geräten, die zum Teil nicht als solche im Bordgerät enth alten sind und zum anderen Teil als lokale Funktionsknoten darauf aufgesetzt werden. Es ist wichtig zu betonen, dass die Platzierungder vorgenannten Bauelemente, Leiter und Arbeitsteile werden im Produktdesign zunächst als durchdachte elektrische Sch altung dargestellt. Für die Möglichkeit des zukünftigen Lötens neuer Elemente sind metallisierte Beschichtungen vorgesehen. Früher wurde Kupferabscheidungstechnologie verwendet, um solche Beschichtungen zu bilden. Dies ist ein chemischer Vorgang, den viele Hersteller heute aufgrund der Verwendung schädlicher Chemikalien wie Formaldehyd aufgegeben haben. Sie wurde durch umweltfreundlichere Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Direktmetallisierung ersetzt. Zu den Vorteilen dieses Ansatzes gehört die Möglichkeit der hochwertigen Verarbeitung dicker und doppelseitiger Platten.

Materialien zur Herstellung

Zu den Hauptverbrauchsmaterialien gehören Dielektrika (foliert oder nicht foliert), Metall- und Keramikrohlinge für die Basis der Platine, Glasfaser-Isolierdichtungen usw. Die Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der erforderlichen Leistungseigenschaften des Produkts wird gespielt nicht nur durch die grundlegenden Baumaterialien für Grundlagen, wie viele Außenbeschichtungen. Insbesondere das angewandte Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten bestimmt die Anforderungen an Verbindungsmaterialien für Dichtungen und Klebebeschichtungen zur Verbesserung der Haftung von Oberflächen. So werden Epoxidimprägnierungen häufig zum Kleben verwendet, und polymere Lackzusammensetzungen und -folien werden zum Schutz vor äußeren Einflüssen verwendet. Als Füllstoffe für Dielektrika werden Papier, Fiberglas und Fiberglas verwendet. Hierbei handelt es sich um Epoxyphenol-, Phenol- uEpoxidharze.

Einseitige Leiterplattentechnik

Diese Fertigungstechnik ist eine der gebräuchlichsten, da sie einen minimalen Ressourceneinsatz erfordert und sich durch eine relativ geringe Komplexität auszeichnet. Aus diesem Grund ist es in verschiedenen Branchen weit verbreitet, wo es im Prinzip möglich ist, die Arbeit automatisierter Förderbänder zum Drucken und Ätzen zu organisieren. Zu den typischen Vorgängen des Herstellungsverfahrens für einseitige Leiterplatten gehören die folgenden:

• Basis vorbereiten. Der Zuschnitt wird durch maschinelles Schneiden oder Stanzen auf das gewünschte Format geschnitten.
• Das geformte Paket mit Zuschnitten wird dem Eingang der Produktionslinie des Förderers zugeführt.
• Leerstellen reinigen. Üblicherweise durch mechanische Desoxidation durchgeführt.
• Druckfarben. Mit der Schablonentechnologie werden technologische und Markierungssymbole aufgebracht, die ätzbeständig sind und unter dem Einfluss von UV-Strahlung ausgehärtet werden.
• Kupferfolienätzung.
• Schutzschicht vom Lack entfernen.

Auf diese Weise erhält man funktionsarme, aber billige Platinen. Als Verbrauchsrohstoff wird normalerweise eine Papierbasis verwendet - Getinaks. Wenn die mechanische Festigkeit des Produkts im Vordergrund steht, kann auch eine Kombination aus Papier und Glas in Form eines verbesserten CEM-1-Getinax verwendet werden.

Subtraktives Fertigungsverfahren

Konturen von Leiterngemäß dieser Technik werden als Ergebnis des Ätzens einer Kupferfolie auf der Basis eines Schutzbildes in einem Metallresist oder Photoresist gebildet. Es gibt verschiedene Optionen zur Implementierung der subtraktiven Technologie, von denen die gebräuchlichste die Verwendung von Trockenfilm-Photoresists beinh altet. Daher wird dieser Ansatz auch als photoresistives Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten bezeichnet, das seine Vor- und Nachteile hat. Das Verfahren ist ziemlich einfach und in vielerlei Hinsicht universell, aber am Ausgang des Förderers werden auch Platinen mit geringer Funktionalität erh alten. Der technologische Prozess ist wie folgt:

• Das Foliendielektrikum wird vorbereitet.
• Als Ergebnis der Beschichtungs-, Belichtungs- und Entwicklungsvorgänge wird im Fotolack ein Schutzmuster gebildet.
• Kupferfolienätzverfahren.
• Entfernen des Schutzmusters im Fotolack.

Mit Hilfe von Fotolithografie und Fotolack wird auf der Folie eine Schutzmaske in Form eines Leiterbahnmusters erzeugt. Danach werden die freigelegten Bereiche der Kupferoberfläche geätzt und der Fotoresistfilm entfernt.

In einer alternativen Version des subtraktiven Verfahrens zur Herstellung von Leiterplatten wird ein Fotolack auf ein Foliendielektrikum geschichtet, das zuvor bearbeitet wurde, um Löcher zu erzeugen, und mit einer Dicke von bis zu 6-7 Mikrometern vormetallisiert wurde. Das Ätzen wird sequentiell auf Bereichen durchgeführt, die nicht durch Fotolack geschützt sind.

Additive PCB Forming

DurchDieses Verfahren kann Muster mit Leitern und Lücken im Bereich von 50 bis 100 um Breite und 30 bis 50 um Dicke bilden. Ein elektrochemischer Ansatz wird mit galvanischer selektiver Abscheidung und punktuellem Pressen von isolierenden Elementen angewendet. Der grundlegende Unterschied zwischen diesem Verfahren und dem subtraktiven Verfahren besteht darin, dass Metallleiter aufgebracht und nicht geätzt werden. Aber additive Fertigungsmethoden für Leiterplatten haben ihre eigenen Unterschiede. Insbesondere werden sie in rein chemische und galvanische Verfahren eingeteilt. Die am häufigsten verwendete chemische Methode. In diesem Fall sorgt die Bildung leitfähiger Sch altkreise in den aktiven Bereichen für die chemische Reduktion von Metallionen. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses beträgt etwa 3 µm/h.

Positive kombinierte Fertigungsmethode

Diese Methode wird auch Semiadditiv genannt. In der Arbeit werden Foliendielektrika verwendet, jedoch mit geringerer Dicke. Beispielsweise können Folien von 5 bis 18 Mikron verwendet werden. Weiterhin erfolgt die Bildung des Leitermusters nach den gleichen Modellen, jedoch hauptsächlich mit galvanischer Kupferabscheidung. Der Hauptunterschied zwischen der Methode kann als Verwendung von Fotomasken bezeichnet werden. Sie werden im kombinierten positiven Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten in der Phase der Vormetallisierung mit einer Dicke von bis zu 6 Mikrometern verwendet. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes galvanisches Anziehverfahren, bei dem das Fotowiderstandselement aufgebracht und durch eine Fotomaske hindurch belichtet wird.

Vorteile des kombinierten VerfahrensLeiterplattenherstellung

Mit dieser Technologie können Sie Bildelemente mit erhöhter Genauigkeit formen. Beispielsweise ist es mit einem positiven Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten auf einer Verbrauchsfolie mit einer Dicke von bis zu 10 Mikrometern möglich, eine Auflösung von Leitern bis zu 75 Mikrometer zu erh alten. Neben der hohen Qualität der dielektrischen Sch altungen ist auch eine effektivere Oberflächenisolation mit guter Haftung des bedruckten Substrats gewährleistet.

Pair-Pressmethode

Die Technologie basiert auf dem Verfahren zur Herstellung von Zwischenschichtkontakten unter Verwendung von metallisierten Löchern. Bei der Bildung des Leitermusters wird eine sequentielle Vorbereitung von Segmenten der zukünftigen Basis verwendet. In dieser Phase wird ein semi-additives Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten verwendet, wonach aus den vorbereiteten Kernen ein Mehrschichtgehäuse zusammengesetzt wird. Zwischen den Segmenten befindet sich eine spezielle Auskleidung aus mit Epoxidharzen behandeltem Fiberglas. Diese Zusammensetzung kann, wenn sie zusammengedrückt wird, ausfließen, die metallisierten Löcher füllen und die galvanische Beschichtung während weiterer technologischer Vorgänge vor chemischem Angriff schützen.

PCB-Schichtverfahren

Ein anderer Weg, der auf der Verwendung mehrerer Segmente gedruckter Substrate basiert, um eine komplexe funktionale Struktur zu bilden. Das Wesen des Verfahrens liegt in der sukzessiven Aufbringung von Isolierschichten mit Leitern. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass zuverlässige Kontakte zwischen benachbarten Schichten gewährleistet sindgalvanischer Kupferaufbau in Bereichen mit Isolierlöchern. Zu den Vorteilen dieser Methode zur Herstellung von mehrschichtigen Leiterplatten gehört die hohe Dichte des Layouts von Funktionselementen mit der Möglichkeit einer kompakten Montage in der Zukunft. Darüber hinaus bleiben diese Eigenschaften auf allen Schichten der Struktur erh alten. Aber es gibt auch Nachteile dieser Methode, deren Hauptsache der mechanische Druck auf die vorherigen Schichten beim Auftragen der nächsten ist. Aus diesem Grund ist die Technologie in der maximal zulässigen Anzahl von aufgebrachten Schichten begrenzt - bis zu 12.

Schlussfolgerung

Mit steigenden Anforderungen an die technischen und betrieblichen Eigenschaften moderner Elektronik steigt zwangsläufig auch das technologische Potenzial in den Werkzeugen der Hersteller selbst. Die Plattform für die Umsetzung neuer Ideen ist oft nur eine Leiterplatte. Das kombinierte Herstellungsverfahren dieses Elements zeigt das Niveau moderner Fertigungskapazitäten, dank derer Entwickler ultrakomplexe Funkkomponenten mit einer einzigartigen Konfiguration herstellen können. Hinzu kommt, dass sich das Konzept des Layer-by-Layer-Wachstums in Anwendungen in der einfachsten Funktechnik in der Praxis nicht immer rechtfertigt, bisher sind nur wenige Firmen auf die Serienfertigung solcher Boards umgestiegen. Außerdem bleibt die Nachfrage nach einfachen Sch altungen mit einseitigem Design und dem Einsatz billiger Verbrauchsmaterialien bestehen.