Ein Blick hinter die Kulissen
Leiterplatten, auch bekannt als Printed Circuit Boards (PCBs), sind das Herzstück nahezu jeder elektronischen Anwendung. Sie bilden die Grundlage, auf der elektronische Komponenten montiert und verbunden werden. Doch wie wird eine Leiterplatte eigentlich produziert? In diesem Blogbeitrag werfen wir einen detaillierten Blick auf den Herstellungsprozess einer Leiterplatte.
1. Design und Layout
Der erste Schritt in der Herstellung einer Leiterplatte ist das Design. Mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) wird das Schaltungsdesign erstellt. Hier werden die elektrischen Verbindungen, Bauteile und Layer festgelegt. Das fertige Design wird anschließend in ein Fertigungsdatenformat (z. B. Gerber-Dateien) exportiert, das von Produktionsmaschinen gelesen werden kann.
2. Materialauswahl
Leiterplatten bestehen hauptsächlich aus einem isolierenden Basismaterial, meist FR-4 (ein glasfaserverstärkter Epoxidharz), und leitfähigen Kupferschichten. Je nach Anwendung können unterschiedliche Materialien und Schichtanzahlen (Layer) gewählt werden.
3. Herstellung der Leiterbahnen
a) Fotolithografie
- Reinigung: Die Kupferoberfläche der Basismaterialien wird gründlich gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen.
- Aufbringen des Fotolacks: Ein lichtempfindlicher Fotolack wird auf die Kupferschicht aufgetragen.
- Belichtung: Mithilfe von Fotomasken wird der Fotolack UV-Licht ausgesetzt. Die Masken enthalten das Muster der Leiterbahnen.
- Entwicklung: Der belichtete Fotolack wird entwickelt, sodass das gewünschte Muster auf der Kupferschicht verbleibt.
b) Ätzen
Die freiliegenden Kupferbereiche werden in einer Ätzlösung entfernt. Übrig bleiben die durch den Fotolack geschützten Leiterbahnen.
4. Durchkontaktierungen (Vias)
Bei mehrlagigen Leiterplatten müssen die verschiedenen Schichten elektrisch verbunden werden. Dies geschieht durch das Bohren von Löchern (mechanisch oder per Laser) und die anschließende Metallisierung der Lochwände, meist durch galvanische Verfahren.
5. Aufbringen der Lötstoppmaske
Eine Lötstoppmaske (Soldermask) wird auf die Leiterplatte aufgetragen. Sie schützt die Kupferleiterbahnen vor Oxidation und verhindert Kurzschlüsse während des Lötprozesses, indem sie ungewollte Lötbrücken verhindert.
6. Siebdruck (Bestückungsdruck)
Der Bestückungsdruck (Silkscreen) wird aufgebracht, um Beschriftungen, Symbole oder Logos darzustellen. Dies erleichtert die spätere Bestückung und Wartung der Leiterplatte.
7. Oberflächenveredelung
Die freiliegenden Kontaktflächen werden veredelt, um eine gute Lötbarkeit zu gewährleisten und Korrosion zu verhindern. Gängige Verfahren sind:
- HASL (Hot Air Solder Leveling): Verzinnung durch Eintauchen in flüssiges Lot.
- ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): Aufbringen von Nickelschichten mit einer Goldauflage.
- OSP (Organic Solderability Preservatives): Organische Beschichtung zum Schutz des Kupfers.
8. Qualitätskontrolle
Vor der Auslieferung durchläuft die Leiterplatte verschiedene Tests:
- Optische Inspektion: Überprüfung auf sichtbare Mängel.
- Elektrischer Test: Überprüfung der elektrischen Verbindungen und Isolationen.
- X-Ray-Inspektion: Inspektion der inneren Schichten bei mehrlagigen Leiterplatten.
9. Zuschnitt und Endbearbeitung
Die Leiterplatten werden aus dem Fertigungsnutzen herausgetrennt und auf die endgültige Größe zugeschnitten. Kanten werden entgratet und gegebenenfalls werden zusätzliche mechanische Bearbeitungen durchgeführt.
10. Verpackung und Versand
Zum Schutz vor Feuchtigkeit und mechanischen Beschädigungen werden die Leiterplatten verpackt, oft in antistatischem Material, und für den Versand vorbereitet.
Fazit
Die Herstellung einer Leiterplatte ist ein komplexer Prozess, der höchste Präzision und Sorgfalt erfordert. Jede Phase, vom Design bis zur Endkontrolle, ist entscheidend für die Qualität und Funktionalität des Endprodukts. Bei Styria Electronics legen wir großen Wert auf Qualität in jedem Schritt, um unseren Kunden zuverlässige und leistungsfähige Elektroniklösungen zu bieten.