Mehrschichtige Leiterplatten werden auf sechs verschiedene Arten hergestellt. Sie alle unterscheiden sich hinsichtlich der Methode, der Umsetzung und der Qualität des Endprodukts erheblich voneinander. Weiter zu jedem von ihnen im Detail.
Die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten ist ein entscheidender Typ, der in vielen Instrumenten wie Computern, Mobilgeräten, Servern, Fernsehern, Netzteilen, Sensoren usw. verwendet wird.
Zunächst begann es im Jahr 1903. Der deutsche Erfinder Alber Hanson stellte eine Leiterplatte her, die aus einem flachen Folienleiter auf einer Isolierplatte bestand. Es gab mehrere Schichten.
Warum brauchen wir Leiterplatten?
Früher haben wir uns mit regulären Boards beschäftigt. Bei diesen Boards gab es viele Einschränkungen. Seit 1903 wird die Elektronikindustrie revolutioniert. Die Leiterplattenschaltung ist zuverlässiger, platzsparender und reproduzierbarer. Es verfügt über viele weitere Funktionen, die in diesem Artikel besprochen werden.
Es gibt viele Arten der Leiterplattenherstellung, wie z
1. sEinschichtige Leiterplatten
2. Mehrschichtige Leiterplatten
3. Starre Leiterplatten
4. Flexible Leiterplatten
5. Starrflexible Leiterplatten
6. Hochfrequenz-Leiterplatten
7. Leiterplatten mit hoher Verbindungsdichte
8. In diesem Artikel werden wir mehrschichtige Leiterplatten im Detail besprechen
Aufbau von Multilayer-Leiterplatten
Mehrschichtige Leiterplatten bestehen aus mehr als zwei leitenden Schichten und isolierenden Materialien. Diese Leiterplatten werden dort eingesetzt, wo wir komplexe Schaltkreise und Anwendungen mit hoher Dichte benötigen.
Der mehrschichtige Herstellungsprozess umfasst viele Schritte.
1. Gestaltung
2. Materialauswahl
3. Bohren
4. Laminierung
5. Radierung
6. Beschichtung
7. Fertigstellung
Jetzt werden wir jeden Schritt im Detail besprechen:
1. Gestaltung
Zeichnen Sie zunächst ein schematisches Diagramm. Es handelt sich um eine grafische Darstellung von Komponenten und Verbindungen. Dieses PCB-Design dient als Blaupause für das Layout der Leiterplatte.
Computergestütztes Design (CAD) wird verwendet, um das PCB-Format zu erstellen, nachdem die Gerber-Datei für den nächsten Schritt des Prozesses generiert wurde.
2. Materialauswahl
Nach dem Entwurf wählen wir spezifische Materialien aus, die für den Aufbau mehrschichtiger Leiterplatten erforderlich sind. Die Auswahl verschiedener Materialien hängt von der Funktionalität und den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.
Im Allgemeinen werden bei Leiterplatten Kupferfolie, Isoliermaterial und Klebstoffe verwendet. Darüber hinaus gibt es noch viele weitere Materialien wie Substratmaterialien, Lötmasken, Siebdrucke, Versteifungen und Steckverbinder.
Substratmaterial:
Ein Substrat ist ein Material, auf das ein Schaltkreismuster gezeichnet wird. Glasfaser-Epoxidharze (FR-4) und Polyimid (PI) sind die besten Substrate. PI wird verwendet, wenn Leiterplatten hohen Temperaturen ausgesetzt sind, und FR-4 wird für allgemeine Zwecke verwendet.
Kupferfolie:
Kupferfolie wird verwendet, um die Leiterbahn auf der Leiterplatte zu fixieren. Die Dicke der Kupferfolie hängt von der Hochtemperaturanwendung ab.
Lötmaske:
Die Lötmaske besteht aus duroplastischem Epoxidmaterial, das als Schutzschicht über Kupferleiterbahnen verwendet wird. Es wird verwendet, um Kupferspuren vor Korrosion und unbeabsichtigten Kurzschlüssen zu schützen.
Siebdruck:
Siebdruck besteht aus schwarzer oder weißer Tinte. Es wird zum Beschriften von Teilenummern oder Text auf der Leiterplatte verwendet.
Klebstoffe:
Klebstoffe verbinden verschiedene Kupferschichten miteinander.
Versteifungen sind der Hauptbestandteil von Leiterplatten und dienen zur Verstärkung der Platine, auf der eine bestimmte Komponente montiert wird.
Einige Steckverbinder werden auch zum Verbinden verschiedener Komponenten auf der Leiterplatte verwendet.
3. Bohren:
Bohren ist ein primärer Herstellungsprozess. Bei diesem Prozess erzeugen wir Löcher, um verschiedene Komponenten zu platzieren und verschiedene Leiterplattenschichten miteinander zu verbinden.
Wir werden einige grundlegende Schritte des Bohrens besprechen.
Aufbau: Bohren ist ein sensibler Schritt im Herstellungsprozess. Stellen Sie also vor dem Bohren das Brett auf und richten Sie es aus. Typischerweise werden CNC-Maschinen zum Bohren in Leiterplatten verwendet. Alle Informationen über den Ort und die genaue Lage des Lochs werden an CNC-Maschinen weitergeleitet.
Bohren: Leiterplatten werden unter die Bohrmaschine gelegt. Es senkt sich auf das Brett und dreht sich mit hoher Geschwindigkeit. Dabei werden das Substratmaterial und die Kupferschicht zerschnitten. Indem wir CNC-Maschinen Anweisungen geben, können wir die Lochtiefe auf das gewünschte Ergebnis erhöhen.
Reinigung: Nach dem Bohrvorgang ist eine Reinigung bzw. Entfernung von Staub oder Schmutz erforderlich. Zur Reinigung von Leiterplatten nutzen wir Vakuum oder Druckluft.
Endreinigung: Nach der Beschichtung erfolgt eine Endreinigung, bei der alle Rückstände oder verbleibenden Rückstände entfernt werden.
4. Laminierung:
Dies ist ein entscheidender Schritt im Prozess der Leiterplattenherstellung. Bei diesem Verfahren werden mehrere kupferkaschierte Schichten laminiert und isoliert, um eine einzige Leiterplatte zu bilden. Wir werden verschiedene Schritte des Laminierungsprozesses besprechen.
Vorbereitung der Schichten:
Um die Haftung zwischen verschiedenen Schichten herzustellen, bereiten Sie die verschiedenen Leiterplattenschichten vor. Reinigen Sie die Kupferoberfläche.
Klebematerialien:
Verwenden Sie Epoxidharz auf einer Kupferoberfläche. Es ist das beste Klebematerial, das in dünnen und gleichmäßigen Schichten aufgetragen wird.
Stapeln der Schichten:
Alle Innenschichten und Isolierschichten sind übereinander angeordnet. Sie sind so ausgerichtet, dass alle Löcher für einen ordnungsgemäßen und präzisen Schnitt geeignet sind.
Pressen und Erhitzen:
Der gesamte Schichtstapel wird in eine Laminierpresse gegeben. In dieser Presse werden sie unter hohen Temperaturen und hohem Druck komprimiert und erhitzt. Dieser Prozess erhöht die Festigkeit des Klebematerials, sodass alle Schichten miteinander verbunden bleiben.
5. Radierung:
Das Ätzen ist ein entscheidender Schritt im Herstellungsprozess mehrschichtiger Leiterplatten. Bei diesem Schritt werden Restkupferreste von der Platinenoberfläche entfernt, um die erforderlichen Schaltkreise zu erstellen. Der Ätzprozess umfasst einige spezifische Schritte:
6- Auftragen der Maske:
Bei der Maske handelt es sich um ein dünnes, ätzbeständiges Material, das zum Schutz der Bereiche dient, die nicht geätzt werden sollen. Die Maske wird auf die Plattenoberfläche aufgetragen, wo eine Laminierung erfolgt.
2. Bestrahlung mit UV-Licht:
Nach der Maskierung wird der jeweilige Bereich der Leiterplatte mit UV-Licht bestrahlt. Dieser bestimmte Teil wird härter und die Ätzung wird widerstehen.
6. Beschichtung:
Nach dem Bohren verbinden wir verschiedene Leiterplattenschichten durch Galvanisieren. Bei dieser Methode wird eine dünne Kupferschicht im Inneren des Lochs abgeschieden.
7. Oberflächenbeschaffenheit:
Die Oberflächenveredelung ist die letzte Beschichtung der Leiterplatte nach dem Zusammenbau der Komponenten. Diese Oberflächenveredelung schützt Kupferspuren vor Oxidation. Eine besondere Art der Oberflächenveredelung ist wie folgt gegeben:
● HASL (Hot Air Solder Leveling),
● ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold),
● OSP (Organisches Lötbarkeitskonservierungsmittel)
Paarpressmethode
Der Kern der Methode ist die Verwendung von Durchgangslöchern. Zunächst wird aus einem Dielektrikum (meist Folie) ein Paar Zuschnitte entnommen. Anschließend werden mit ihnen folgende Arbeiten durchgeführt: Es werden Schaltpläne der Innenschichten erstellt.
Sie werden durch ein photochemisches Verfahren hergestellt. Darüber hinaus werden in den Rohlingen spezielle Löcher für Zwischenschichtübergänge erzeugt. Anschließend erfolgt der Pressvorgang.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Harz endgültig herausgedrückt und füllt die Löcher. Nach allen Manipulationen wird das Werkstück wie ein Standardbrett mit zwei Seiten bearbeitet.
Diese Produktionsmethode hat einen entscheidenden Nachteil: Sie kann nur Platten herstellen, deren Anzahl der Schichten vier nicht überschreitet. Manchmal reicht dies hinsichtlich der Montagedichte nicht aus. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der relativen Einfachheit.
Open-Pad-Methode
Die Technologie zur Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten mit dieser Option basiert auf der Verwendung separater unterschiedlicher Schichten. Darüber hinaus dürfen in der Produktion nur solche verwendet werden, die durch Ätzen gewonnen wurden. Die Leitungen werden durch kleine perforierte Löcher angeschlossen. Dieser Ansatz ermöglicht den Zugang der oberen Schicht zu den unteren.
Der entscheidende Nachteil der Methode besteht darin, dass es keinen Sinn macht, mehr als fünf Schichten herzustellen. Es hat mit der Druckdichte zu tun. Tatsache ist, dass im unteren Teil viel Platz zum Nachzeichnen von Schaltkreisen zur Verfügung steht und im oberen Teil nur wenig.
Methode der hervorstehenden Schlussfolgerungen
Diese Produktionsmethode weist den vorherigen Nachteil nicht auf. Die Durchführung erfolgt ausschließlich im Werk des Plattenherstellers. Dies steht in direktem Zusammenhang mit den daraus resultierenden Schlussfolgerungen. Tatsache ist, dass sie aus den Innenschichten in spezielle perforierte Löcher gelangen.
Sie müssen nach außen gebogen und so geformt sein, dass ihre Geometrie unter den Befestigungsblock passt. Die Struktur der mehrschichtigen Leiterplatte wird also nicht beeinträchtigt. Der Hauptvorteil der Methode ist ihre Einfachheit und die geringe Anzahl technologischer Operationen.
Dies wirkt sich positiv auf die Produktionskosten aus. Ein ähnlicher Vorteil ist für die vorherige Methode relevant. Als wesentlicher Nachteil wird das starke Übersprechen angesehen.
Zusammenfassung
Technisch unterscheidet sich diese Methode der MPP-Herstellung nicht von der Variante mit paarweiser Pressung. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Löcher nicht durchgehend, sondern völlig taub sind. So ist die Außenschicht zuverlässig vor Niederschlag geschützt. Aufgrund der Verwendung von Sacklöchern ist es jedoch nicht möglich, bei der Herstellung Folie zu verwenden. Sie bricht leicht. Der Ausweg war die Verwendung eines speziellen Polyamids.
